Par S. Hussain Ather, mis à jour le 24 mars 2022
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Les phénomènes électromagnétiques font partie intégrante de la technologie moderne, de la batterie de votre smartphone aux systèmes de communication par satellite. En exploitant les mêmes principes, vous pouvez construire un petit générateur de champ électromagnétique (CEM) avec des matériaux courants tels qu'un fil de cuivre, un clou en fer et une simple source d'alimentation.
Lorsque le courant électrique circule à travers la bobine de cuivre, il crée un champ magnétique circulaire décrit par la règle de la main droite :pointez votre pouce dans la direction du courant conventionnel et vos doigts s'enroulent autour des lignes de champ. La géométrie de la bobine concentre le champ dans le noyau de fer, le transformant en un électro-aimant.
Contrairement aux aimants permanents, les électro-aimants nécessitent un courant continu pour maintenir leur champ. Cette contrôlabilité les rend indispensables dans l'ingénierie moderne.
Le champ magnétique à l'intérieur d'un solénoïde est donné par :
B =μ₀nL
où B est le champ en Teslas, μ₀=1,257×10⁻⁶T·m/A est la perméabilité de l'espace libre, n est le nombre de tours par unité de longueur et L est la longueur du noyau. En utilisant la loi d'Ampère :
B =μ₀I/L
où I est le courant en ampères. Ces équations supposent une bobine étroitement enroulée et un noyau uniforme.
Pour les applications nécessitant compacité et efficacité, les électro-aimants toroïdaux (en forme de beignet) sont préférés. Le champ à l'intérieur d'un tore est :
B =μ₀nI/(2πr)
où r est le rayon moyen. Les noyaux toroïdaux confinent le flux magnétique, réduisant ainsi les fuites et les pertes d'énergie, ce qui les rend idéaux pour les transformateurs et les inducteurs.
Les électroaimants sont omniprésents :des grues de levage industrielles et séparateurs magnétiques à l'imagerie médicale (IRM) et aux accélérateurs de particules. Ils alimentent également les appareils du quotidien tels que les haut-parleurs, les écouteurs et les tables de cuisson à induction. Dans les transports, les trains maglev s'appuient sur des électroaimants supraconducteurs pour léviter et propulser le véhicule.
Débranchez toujours la source d’alimentation avant de reconfigurer la bobine. Un courant excessif peut chauffer le fil et le noyau, provoquant potentiellement des brûlures ou un incendie. Utilisez une alimentation dotée de fonctionnalités de limitation de courant pour éviter les conditions de surintensité.