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PROPRIETES DES MATERIAUX
Les matériaux se différencient par leur structure ed matière à une autre, leur classification, leur utilisation s’effectue en fonction des différentes propriétés spécifiques, de plus avant leur utilisation ou exploitation il faut connaître et prendre en considération la durée de son fonctionnement. Dans le cas général on peut dire que les principaux comportements des métaux sont distingués par leurs propriétés mécaniques, thermiques, magnétiques et électriques.
PROPRIETES MAGNETIQUES
Les propriétés magnétiques des matériaux sont associées au mouvement des électrons, les courants microscopiques sont de deux types :
o L’une partie de mouvement est orbitale autour du noyau.
o D’autre part le spin de l’électron.
o Chacun de ces courants atomiques correspond à un mo ment dipolaire magnétique et produit en champ magnétique.
Dans de nombreux atomes, les moments magnétiques despin sont couplés par paires de sens opposés et le moment dipolaire net du spin est nul .
Dans certains cas un ou deux électrons ne sont pas couplés et l’atome acquiert un moment dipolaire permanent. Ce qui caractérise le magnétisme dans les matériaux.
En effet, sous l’action d’un champ magnétique extérieur, la plupart des matériaux subissent une aimantation temporaire. Celui-ci s’exerce sur les particules chargées en mouvement qui constituent les atomes du matériau. Certaines substances sont douées au contraire d’une forte aimantation permanente.
DIAMAGNETISME
Les matériaux diamagnétiques ont une susceptibilitémagnétique χ négative, pratiquement constante et très faible. Un matériau parfaitementdiamagnétique offre une grande résistance au passage du champ magnétique. Les lignes d’excitation magnétique H ne pénètrent pas dans le matériau. La perméabilité est donc nulle.
On appelle diamagnétisme les substances qui présentent une aimantation J proportionnelle au champ H dans lequel elles sont placées et de sens opposé à celui-ci .La susceptibilité magnétique de ces corps est négative et faible : ils s’aimantent en sens inverse du champ magnétisent.
PARAMAGNETISME
Tous les matériaux qui ne sont pas diamagnétiques sont amagnétiques. Ils possèdent une susceptibilité magnétique positive, pratiquement constante et très faible. Dans un matériau paramagnétique, chaque atome possède un moment magnétique non nul. On peut se représenter un moment magnétique atomique en imaginant une boucle de courant microscopique due aux électrons sur leur orbite. Bien sur, il s’agit là d’une représentation éloignée de la réalité mais qui permet d’appréhendeun peu le phénomène. Sous ‘action d’un champ extérieur. Ces moments magnétiques s’orienten et augmentent l’excitation H appliquée.
Au diamagnétisme, la réponse d’un matériau paramagnétique vise à renforcer l’action de l’excitation H extérieure. Notons que ce phénomène diminue avec ’augmentationl de la température puisque l‘agitation thermique désorient les dipôles magnétiques élémentaires.
La plupart de métaux sont paramagnétiques.
FERROMAGNETISME
On appelle ferromagnétique des substances susceptibles d’acquérir une aimantation considérable, beaucoup plus forte que celle de paramagnétique ou de diamagnétique. Les principales substances ferromagnétiques sont lefer, le nickel et le cobalt.
Ils présentent des perméabilités relatives de 100 1200à pour des faibles inductions, alors que pour tous les autres matériaux, cette perméabilitérelative est proche d’unité.
On a donc l’intérêt à recourir à ces matériaux ferromagnétiques pour la réalisation des circuits magnétiques, donc comme support des flux. Il s’agit en général d’alliages de fer, pour des raisons économiques.
Avec les corps diamagnétiques, paramagnétiques l’aimantation cesse lorsque le champ magnétisant est supprimé mais avec les ferromagnétiques l’aimantation persiste plus ou moins en absence du champ magnétisant.
Pour expliquer ces différents types d’aimantation, il faut considérer le moment magnétique présenté dans chaque atome et celui d’une parcelle corps comprenant un grand nombre d’atomes. On va donc rappeler ce que représente le moment magnétique.
PROPRIETES THERMIQUES
Généralement la propriété thermique est caractérisée par sa capacité de résister à la température et de la conduire ou de la transmettreà un autre corps. En principe la conductivité thermique est une constante thermo physique caractérisant le comportement des matériaux lors du transfert de chaleur par conduction et dépend de la nature du matériau et de la température.
PROPRIETES MECANIQUES
La propriété mécanique des matériaux est basée surles différents aspects suivants :
– Sa dureté ;
– Sa résistance à la traction ;
– Sa résistance à la rupture ;
L’élasticité : Aptitude à reprendre la forme initiale après une déformation ;
– La malléabilité : aptitude à être mis en forme parmartelage ;
– Résistance à la fatigue : aptitude à résister à des contraintes répétées ;
– La résilience : aptitude de résister à un choc ;
– La ductilité : aptitude à subir des déformations sans rupture ;
L’étude de métallurgie permet d’approfondir les conaissances et les détailler sur les propriétés mécaniques des matériaux.
PROPRIETES ELECTRIQUES
Les matériaux conduisent généralement bien d’électricité, principalement l’argent l’or, le cuivre et l’aluminium. La conduction électrique dans les métaux peut être analysée de manière microscopique et macroscopique.
Du point de vue microscopique, la principale raison vient du mouvement électronique des électrons libre.
Du point de vue macroscopique c’est la théorie des bandes d’énergie, en effet dans les métaux la bande d’énergie la plus haute occupée etla plus basse vacante se chevauchent, tout du moins se touchent .il faut ainsi peu d’énergie pour exciter un métal et plus il est facile de l’exciter plus un métal pourra céder un électron meilleur conducteur il sera Est très nettement supérieure à la densité de courant de déplacementt
Lorsqu’on considère les conditions aux limites entre un milieu et l’air, on peut poser en première approximation que la conductivité dans le conducteur, que l’on considère comme un conducteur électrique parfait ce qui implique la nullité du champ électrique E.
PHENOMENES PHYSIQUES DE LA BOBINE
Le système sera constitué d’une bobine alimentée par une tension alternative d’une part et d’autre part par une tension constante, qui constituera la source de champ magnétique et le noyau de la bobine de type ferromagnétique va canaliser le flux d’induction magnétique. Lors de la mise sous tension de la bobine, elle produit un champ d’induction magnétique en tout point de l’espace. Et en exploitant la loi de Biot et Savart de la partie précédente on va déterminer l’expression des inductions créées para lbobine en un point de l’axe de révolution et celle en un point désaxé.
HYPOTHESES
– L’enroulement de la bobine est régulièrement réparti ;
– L’épaisseur de l’isolant du fil d’enroulement est négligeable ;
– Rayon de la bobine est négligeable devant l‘altitude z.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Partie I : RAPPEL SUR LES PRINCIPAUX LOIS EN ELECTROMAGNETISME
Introduction
Chapitre I : Equations de Maxwell
I.1 : Les équations de Maxwell en régime quasi statique
I.2 : Les équations de Maxwell dans un milieu saturé
I.3 : Les équations de Maxwell dans un milieu non saturé
Chapitre II : Circuit électrique
II.1 : Les lois locales spécifiques
II.1 : La loi de la tension induite
Chapitre III : Circuit magnétique
III.1 : Le potentiel magnétique scalaire ou solénation
III.2 : Reluctance magnétique
III.2.1 : Reluctance magnétique en série et en parallèle
III.3 : Equation du flux magnétique dans un circuit
Chapitre IV : Propriétés des matériaux
IV.1 : Propriétés magnétiques
IV.1.1 : Diamagnétisme
IV.1.2 : Paramagnétisme
IV.1.3 : Ferromagnétisme
IV.1 : Propriétés thermiques
IV.1 : Propriétés mécaniques
IV.1 : Propriétés électriques
Chapitre V : La loi de Biot et Savart
Chapitre VI : La loi de Biot et Savart
Partie II : POSITION DU PROBLEME
Chapitre I : Phénomènes physiques de la bobine
I.1 : Expression de l’induction créée par une bobine comportant n spires jointives et m couches en un point de son axe de révolution
I.2 : Expression de l’induction créée par une bobine comportant une spire en un point de son axe de révolution
I.3 : Expression de l’induction créée par une bobine comportant n spires et une couche en un point désaxé de son axe révolution
I.4 : Expression de l’induction créée par une bobine comportant n spires et m couches en un point désaxé de son axe révolution
I.5 : Allure des lignes de champs en tout points de l’espace
Chapitre II : Courant Induit
II.1 : Résistance électrique de la masse
II.2 : Cas d’une bobine alimentée par une source constante à noyau circulaire
II.2.1: Variation de surface en fonction du temps
II.2.2: Expression de courant induit pour une source constante et bobine à noyau circulaire
II.3 : Cas d’une bobine alimentée par une source constante à noyau rectangulaire
II.3.1 : Variation de surface en fonction du temps
II.3.2 : Expression de courant induit par une source constante et bobine à noyau rectangulaire
III.3.3 : Valeur efficace de courant Induit
II.4 : Cas d’une bobine alimentée par une source variable à noyau circulaire
II.4.1 : Expression de courant Induit par une source variable et bobine à noyau circulaire
II.4.2 : Valeur efficace de courant Induit
II.5 : Cas d’une bobine alimentée par une source variable à noyau rectangulaire
II.5.1 : Expression de courant Induit par une source variable à noyau rectangulaire
II.5.2 : Valeur efficace de courant
Induit
II.6 : Organigramme de traçage de la densité du courant
Induit
II.7 : Allure de courant Induit dans le disque pour une bobine même axe avec ledisque
II.8 : Allure de courant Induit dans le disque pour une bobine désaxé à ‘axe du disque
II.9 : La puissance dissipée par effet joule
II.10 : Echauffement du disque du aux courants de Foucault
II.10.1 : Expression générale de l’augmentation de la température du disque en fonction du temps
Chapitre III : Force de Laplace
III.1 : Bobine placée au centre du disque avec un entrefer faible
III.2 : Bobine placée sur la péripherique du disque avec un entrefer faible
III.3 : Expression de la force tangentielle pour une bobine alimentée par une source constante à noyau circulaire
III.4 : Expression de la force tangentielle pour une bobine alimentée par une source variable à noyau circulaire
III.5 :Comparaison
Chapitre IV : Etude du mouvement du disque
Partie III : SIMULATION
Chapitre I : Dimensionnement de la bobine
Chapitre II : Détermination de la valeur de courant Induit et la puissance
Chapitre III : Variation des forces qui agissent sur le disque en fonction de z
Chapitre IV : Variation de la température et la vitesse en fonction du temps
Listing du programme de traçage d’une ligne d’induction magnétique
Partie IV : CONCLUSION ET REGARDS SOCIAUX ET ENVIRONNEMENTAUX
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