Comment Fonctionnent Les Électroaimants

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Les électroaimants se trouvent dans les moteurs, les platines à cassettes, les disques durs, les magnétoscopes et des tonnes d'autres périphériques. Découvrez ce qui fait qu'un électro-aimant est «électro» et apprenez à en fabriquer un chez vous.

-Qu'est-ce qu'un chantier de démolition, un concert de rock et votre porte d'entrée ont en commun? Ils utilisent chacun électroaimants, des dispositifs qui créent un champ magnétique par l’application de l’électricité. Les chantiers de démolition utilisent des électroaimants extrêmement puissants pour déplacer de gros morceaux de ferraille ou même des voitures entières d'un endroit à un autre. Votre groupe préféré utilise des électroaimants pour amplifier le son sortant de ses haut-parleurs. Et quand quelqu'un sonne à votre porte, un minuscule électro-aimant tire un clapet contre une cloche.

Mécaniquement, un électroaimant est assez simple. Il consiste en une longueur de fil conducteur, généralement en cuivre, enroulé autour d'un morceau de métal. À l'instar du monstre de Frankenstein, il ne s'agit guère que d'une collection de pièces en vrac jusqu'à ce que l'électricité entre en scène. Mais il n'est pas nécessaire d'attendre une tempête pour donner vie à un électroaimant. Un courant est introduit, à partir d'une batterie ou d'une autre source d'électricité, et circule à travers le fil. Cela crée un champ magnétique autour du fil enroulé, magnétisant le métal comme s'il s'agissait d'un aimant permanent. Les électroaimants sont utiles car vous pouvez activer et désactiver l'aimant en complétant ou en interrompant le circuit, respectivement.

Avant d'aller trop loin, nous devrions discuter de la façon dont les électro-aimants se distinguent de vos aimants «permanents» usuels, comme ceux qui maintiennent votre art Popsicle au réfrigérateur. Comme vous le savez, les aimants ont deux pôles, "nord" et "sud" et attirent les objets en acier, en fer ou en une combinaison de ceux-ci. Comme les pôles repoussent et attirent les contraires (ah, l'intersection de la romance et de la physique). Par exemple, si vous avez deux aimants dont les extrémités sont marquées "nord" et "sud", l'extrémité nord d'un aimant attirera l'extrémité sud de l'autre. D'autre part, l'extrémité nord d'un aimant repoussera l'extrémité nord de l'autre (et de la même manière, le sud repoussera le sud). Un électro-aimant est identique, sauf qu’il est "temporaire" - le champ magnétique n’existe que lorsque le courant électrique circule.

La sonnette est un bon exemple de la façon dont les électroaimants peuvent être utilisés dans des applications où les aimants permanents n’auraient aucun sens. Lorsqu'un invité appuie sur le bouton de votre porte d'entrée, le circuit électronique situé à l'intérieur de la sonnette ferme une boucle électrique, signifiant que le circuit est terminé et «activé». Le circuit fermé permet à l'électricité de circuler, ce qui crée un champ magnétique et devenir magnétisé. Le matériel de la plupart des sonnettes consiste en une cloche en métal et un clapet en métal qui, lorsque les charges magnétiques les amènent à se mélanger, vous entendez le carillon à l'intérieur et vous pouvez répondre à la porte. La cloche sonne, l'invité relâche le bouton, le circuit s'ouvre et la sonnette cesse de sonner. C'est ce magnétisme à la demande qui rend l'électroaimant si utile.

Dans cet article, nous examinerons de plus près les électroaimants et découvrirons comment ces dispositifs utilisent une science assez cool et l'appliquent à des gizmos tout autour de nous qui facilitent nos vies.

L'histoire des électroaimants

Voici l'aimant de Michael - électro, c'est.

Voici l'aimant de Michael - électro, c'est.

-La relation entre l'électricité et le magnétisme n'a été étudiée à fond qu'en 1873, lorsque le physicien James Maxwell observé l'interaction entre les charges électriques positives et négatives . En poursuivant ses expériences, Maxwell a déterminé que ces charges pouvaient s’attirer ou se repousser en fonction de leur orientation. Il a également été le premier à découvrir que les aimants ont des pôles, ou des points individuels sur lesquels la charge est concentrée. Et, important pour l'électromagnétisme, Maxwell a observé que lorsqu'un courant passe à travers un fil, il génère un champ magnétique autour du fil.

Les travaux de Maxwell étaient à l'origine de nombreux principes scientifiques à l'œuvre, mais il n'était pas le premier scientifique à avoir expérimenté l'électricité et le magnétisme. Près de 50 ans plus tôt, Hans Christian Oersted avait découvert qu'une boussole qu’il utilisait avait réagi lorsqu’une batterie de son laboratoire était allumée et éteinte . Cela ne se produirait que s'il y avait un champ magnétique présent pour interférer avec l'aiguille du compas. Il en a donc déduit qu'un champ magnétique était généré par l'électricité provenant de la batterie. Mais Oersted gravite autour du domaine de la chimie et laisse la recherche de l'électricité et du magnétisme à d'autres .

Le grand-père de l'électromagnétisme est Michael Faraday, chimiste et physicien qui a conçu nombre des théories développées plus tard par Maxwell. Une des raisons pour lesquelles Faraday occupe une place beaucoup plus importante dans l’histoire que Maxwell ou Oersted est probablement due à son statut de chercheur et d’inventeur aussi prolifique. Il est largement considéré comme un pionnier dans le domaine de l'électromagnétisme, mais il est également crédité de la découverte de l'induction électromagnétique, dont nous discuterons plus tard lorsque nous explorerons certaines applications du monde réel. Faraday a également inventé le moteur électrique et, outre son travail influent en physique, il a également été la toute première personne à être nommé au prestigieux poste de professeur Fullerian de chimie à la Royal Institution de Grande-Bretagne. Pas trop mal.

Alors qu'est-ce que le travail de ces hommes a découvert? Dans la section suivante, nous verrons comment fonctionnent les électroaimants.

Le pouvoir collant des électroaimants

Un simple électroaimant

Un simple électroaimant

Comme nous l'avons mentionné dans l'introduction, les électroaimants de base ne sont pas si compliqués que cela; vous pouvez construire vous-même une version simple de celle-ci en utilisant les matériaux que vous avez probablement à la maison. Un fil conducteur, généralement en cuivre isolé, est enroulé autour d'une tige métallique. Le fil deviendra chaud au toucher, ce qui explique pourquoi l'isolation est importante. La tige sur laquelle le fil est enroulé s'appelle un solénoïde, et le champ magnétique résultant rayonne à partir de ce point. La force de l'aimant est directement liée au nombre de fois que le fil s'enroule autour de la tige. Pour un champ magnétique plus fort, le fil devrait être plus étroitement enroulé.

OK, il y a un peu plus que ça. Plus le fil est serré autour de la tige ou du noyau, plus le courant fait de boucles autour, augmentant la force du champ magnétique. En plus de l'étanchéité du fil, le matériau utilisé pour le noyau peut également contrôler la force de l'aimant. Par exemple, le fer est un ferromagnétique métal, ce qui signifie qu'il est très perméable . Perméabilité est une autre façon de décrire dans quelle mesure le matériau peut supporter un champ magnétique. Plus un matériau est conducteur dans un champ magnétique, plus sa perméabilité est élevée.

Toute la matière, y compris la tige de fer d'un électroaimant, est composée d'atomes. Avant que le solénoïde ne soit électrifié, les atomes du noyau métallique sont disposés de manière aléatoire, sans indiquer de direction. Lorsque le courant est introduit, le champ magnétique pénètre dans la tige et réaligne les atomes. Avec ces atomes en mouvement, et tous dans la même direction, le champ magnétique grandit. L'alignement des atomes, petites régions d'atomes magnétisés appelées domaines, augmente et diminue avec le niveau de courant, donc en contrôlant le flux d’électricité, vous pouvez contrôler la force de l’aimant. Il arrive un point de saturation lorsque tous les domaines sont en alignement, ce qui signifie que l'ajout de courant supplémentaire n'entraînera pas une augmentation du magnétisme.

En contrôlant le courant, vous pouvez essentiellement activer et désactiver l'aimant. Lorsque le courant est coupé, les atomes reviennent à leur état naturel aléatoire et la tige perd son magnétisme (techniquement, elle conserve certaines propriétés magnétiques mais pas beaucoup et pas très longtemps).

Avec un aimant permanent ordinaire, comme ceux qui maintiennent l'image du chien de la famille au réfrigérateur, les atomes sont toujours alignés et la force de l'aimant est constante. Saviez-vous que vous pouvez supprimer le pouvoir collant d'un aimant permanent en le laissant tomber? L'impact peut en réalité faire que les atomes ne soient plus alignés. Ils peuvent à nouveau être magnétisés en frottant un aimant dessus.

L'électricité pour alimenter un électroaimant doit provenir de quelque part, non? Dans la section suivante, nous verrons comment ces aimants obtiennent leur jus.

Mettre l'électro dans l'électroaimant

Voici à quoi ressemblent les champs magnétiques dans un électroaimant de base.

Voici à quoi ressemblent les champs magnétiques dans un électroaimant de base.

Puisqu'il faut un courant électrique pour faire fonctionner un électroaimant, d'où vient-il? La réponse rapide est que tout ce qui produit un courant peut alimenter un électroaimant. Des petites piles AA utilisées dans la télécommande de votre téléviseur aux grandes centrales industrielles qui tirent l’électricité directement du réseau, si elles stockent et transfèrent des électrons, elles peuvent alors alimenter un électro-aimant.

Commençons par examiner le fonctionnement des piles domestiques. La plupart des batteries ont deux pôles facilement identifiables, un positif et un négatif. Lorsque la batterie n'est pas utilisée, les électrons se rassemblent au pôle négatif. Lorsque les piles sont insérées dans un appareil, les deux pôles entrent en contact avec les capteurs de l'appareil, ce qui ferme le circuit et permet aux électrons de circuler librement entre les pôles. Dans le cas de votre télécommande, le périphérique est conçu avec un charge, ou point de sortie, pour l’énergie stockée dans la batterie . La charge met l'énergie à utiliser en utilisant la télécommande. Si vous connectiez simplement un fil directement à chaque extrémité d'une batterie sans charge, l'énergie s'épuiserait rapidement de la batterie.

Pendant ce temps, les électrons en mouvement créent également un champ magnétique. Si vous retirez les piles de votre télécommande, celle-ci conservera probablement une petite charge magnétique. Vous ne pouvez pas prendre une voiture avec votre télécommande, mais peut-être quelques petites limailles de fer ou même un trombone.

De l'autre côté du spectre se trouve la Terre elle-même. Selon la définition évoquée précédemment, un électroaimant est créé lorsque des courants électriques circulent autour d’un noyau ferromagnétique. Le noyau de la Terre est constitué de fer et nous savons qu’il a un pôle Nord et un pôle Sud. Ce ne sont pas seulement des désignations géographiques, mais de véritables pôles magnétiques opposés. L'effet dynamo, un phénomène qui crée des courants électriques massifs dans le fer grâce au mouvement du fer liquide à travers le noyau externe, crée un courant électrique. Ce courant génère une charge magnétique, et c'est ce magnétisme naturel de la Terre qui fait fonctionner une boussole. Une boussole indique toujours le nord car l’aiguille en métal est attirée par l’attraction du pôle Nord.

De toute évidence, il existe un large éventail d'applications électromagnétiques entre de petites expériences scientifiques faites maison et la Terre elle-même. Alors, où ces appareils apparaissent-ils dans le monde réel? Dans la section suivante, nous examinerons comment l'électromagnétisme affecte notre quotidien.

Les électro-aimants tout autour de nous

Les ingénieurs installent un aimant géant à l'intérieur du Large Hadron Collider, un énorme accélérateur de particules.

Les ingénieurs installent un aimant géant à l'intérieur du Large Hadron Collider, un énorme accélérateur de particules.

De nombreux électro-aimants ont un avantage sur les aimants permanents, car ils peuvent être facilement activés et désactivés, et l'augmentation ou la diminution de la quantité d'électricité circulant autour du noyau peut contrôler leur puissance.

La technologie moderne repose fortement sur les électroaimants pour stocker des informations à l'aide de dispositifs d'enregistrement magnétiques. Lorsque vous enregistrez des données sur le disque dur de votre ordinateur, par exemple, de minuscules morceaux de métal magnétisés sont incorporés sur un disque selon un motif spécifique aux informations enregistrées. Ces données ont commencé leur vie en tant que langage informatique numérique binaire (0 et 1). Lorsque vous récupérez ces informations, le modèle est converti en modèle binaire d'origine et traduit en une forme utilisable. Alors, qu'est-ce qui en fait un électroaimant? Le courant parcourant les circuits de l'ordinateur magnétise ces minuscules morceaux de métal. C'est le même principe utilisé dans les magnétophones, les magnétoscopes et les autres supports basés sur la bande (et oui, certains d'entre vous possèdent encore des magnétophones et des magnétoscopes). C'est pourquoi les aimants peuvent parfois causer des ravages dans la mémoire de ces appareils.

Les électro-aimants ont également ouvert la voie à une exploitation efficace du potentiel de l’électricité. Dans les appareils électriques, le moteur bouge parce que le courant provenant de votre prise murale produit un champ magnétique. Ce n'est pas l'électricité elle-même qui alimente le moteur, mais la charge créée par l'aimant. La force de l'aimant crée un mouvement de rotation, ce qui signifie qu'ils tournent autour d'un point fixe, similaire à la rotation d'un pneu autour d'un essieu.

Alors, pourquoi ne pas ignorer ce processus et simplement utiliser la prise secteur pour alimenter le moteur? Parce que le courant nécessaire pour alimenter un appareil est assez important. Avez-vous déjà remarqué à quel point allumer un gros appareil électroménager tel qu'un téléviseur ou une machine à laver peut parfois faire clignoter les lumières de votre maison? En effet, l’appareil consomme beaucoup d’énergie au début, mais cette grande quantité n’est nécessaire que pour démarrer le moteur. Une fois que cela se produit, ce cycle de induction électromagnétique prend le relais.

Des appareils électroménagers, nous passons à l’une des machines les plus complexes jamais construites pour voir comment les électro-aimants sont utilisés pour débloquer les origines de l’univers. Les accélérateurs de particules sont des machines qui propulsent des particules chargées les unes vers les autres à des vitesses incroyablement élevées afin d'observer ce qui se passe lorsqu'elles entrent en collision. Ces faisceaux de particules subatomiques sont très précis et le contrôle de leur trajectoire est essentiel pour éviter tout dérapage et endommager les machines. C’est là que les électroaimants entrent en jeu. Les aimants sont placés le long du trajet des faisceaux en collision et leur magnétisme est en fait utilisé pour contrôler leur vitesse et leur trajectoire .

Pas mal comme CV pour notre ami l’électroaimant, hein? Que vous puissiez créer dans votre garage ou utiliser les outils utilisés par les scientifiques et les ingénieurs pour déchiffrer les origines de l'univers, les électro-aimants jouent un rôle très important dans le monde qui nous entoure.

Prêt à expérimenter vous-même des expériences électromagnétiques? Cliquez sur la page suivante pour des idées amusantes.

Electroaimants bricolage et expériences à essayer

Les électro-aimants sont faciles à fabriquer. quelques pièces de matériel et une source d’alimentation vous permettent d’aller de l’avant. Tout d'abord, vous aurez besoin des éléments suivants: -

  • un clou de fer, d'au moins 15 cm de long
  • une longueur de fil de cuivre isolé de calibre 22
  • une pile D-cell

Une fois que vous avez ces éléments, retirez l'isolant de chaque extrémité du fil de cuivre, juste assez pour assurer une bonne connexion avec la batterie. Enroulez le fil autour de l'ongle; plus vous pouvez le resserrer, plus le champ magnétique sera puissant. Enfin, connectez la batterie en reliant une extrémité du fil à la borne positive et une autre à la borne négative (peu importe quelle extrémité du fil est apparié avec quelle borne). Presto! Un électro-aimant fonctionnel .

Vous n'en avez jamais assez des expériences électromagnétiques? Nous avons quelques idées supplémentaires à essayer:

  • Quel est le magnétique puissance d'une seule bobine enroulée autour d'un clou? De 10 tours de fil? De 100 tours? Expérimentez avec différents nombres de tours et voyez ce qui se passe. Une façon de mesurer et de comparer la "force" d'un aimant est de voir combien d'agrafes il peut prendre.
  • Quelle est la différence entre un fer et un noyau en aluminium pour l'aimant? Par exemple, enroulez fermement une feuille d’aluminium et utilisez-la comme noyau de votre aimant à la place du clou. Ce qui se produit? Et si vous utilisez un noyau en plastique, comme un stylo?
  • Qu'en est-il des solénoïdes? Vous vous en souvenez, un solénoïde est une autre forme d'électroaimant. C'est un tube électromagnétique généralement utilisé pour déplacer une pièce de métal de manière linéaire. Trouvez une paille ou un vieux stylo (retirez le tube d'encre). Trouvez également un petit clou (ou un trombone redressé) qui glissera facilement dans le tube. Enroulez 100 tours de fil autour du tube. Placez le clou ou le trombone à l’une des extrémités de la bobine, puis connectez-la à la batterie. Remarquez comment le clou bouge? Les solénoïdes sont utilisés dans toutes sortes de lieux, notamment les serrures. Si votre voiture est dotée de verrous électriques, ils peuvent utiliser un solénoïde. Une autre chose courante à faire avec un solénoïde est de remplacer le clou par un mince aimant permanent cylindrique. Ensuite, vous pouvez déplacer l'aimant vers l'intérieur et l'extérieur en modifiant la direction du champ magnétique dans le solénoïde. (S'il vous plaît soyez prudent si vous essayez de placer un aimant dans votre solénoïde, comme l'aimant peut sortir.)
  • Comment savoir s'il y a vraiment un champ magnétique? Vous pouvez regarder le champ magnétique d'un fil en utilisant la limaille de fer. Achetez de la limaille de fer ou trouvez votre propre limaille de fer en faisant courir un aimant dans un terrain de jeu ou du sable de plage. Déposez un peu de limaille sur une feuille de papier et placez-le sur un aimant. Tapez légèrement sur le papier et la limaille s'alignera sur le champ magnétique, vous permettant de voir sa forme!

Pour en savoir plus sur les électroaimants et les sujets connexes, consultez les liens électrisants à la page suivante.

Comment Fonctionnent Les Électroaimants

FAQ - 💬

❓ Quel est le principe de l'électroaimant ?

👉 Un électroaimant est un type d'aimant dans lequel le champ magnétique est produit par l'écoulement d'un courant électrique. Il est possible de contrôler l'aimantation de ce dernier. En effet, un champ magnétique n'est créé que lorsque le solénoïde est traversé par un courant électrique.

❓ Comment fonctionne un Électro-aimant en courant alternatif ?

👉 Fonctionnement et géométriesSi un courant traverse la bobine, le cœur ferromagnétique est aimanté par le champ magnétique produit par la bobine. Grâce à la superposition de ces deux champs magnétiques, la présence du cœur permet d'augmenter l'induction magnétique générée par la bobine.Сохраненная копия

❓ Comment ça marche les aimants ?

👉 Les aimants sont des métaux qui attirent ou repoussent les autres métaux. Le fer, le nickel et le cobalt font partie des métaux possédant des propriétés magnétiques. Un aimant comporte toujours deux côtés, que l'on appelle pôle nord et pôle sud. Les deux pôles opposés s'attirent.

❓ Comment augmenter la force d'un électroaimant ?

👉 S'il s'agit d'un électroaimant ou d'un champ magnétique généré par l'électricité, il peut être renforcé soit en augmentant le courant appliqué soit en faisant appliquer un plus grand nombre de spires.

❓ Quelle est la différence entre un aimant et un Électro-aimant ?

👉 La différence entre un électroaimant et un aimant ? La grande différence entre un électroaimant et un aimant réside dans le fait que les aimants permanents sont également des électroaimants avec un courant continu qui fait de chaque atome un aimant.

❓ Comment fonctionne l'électro ?

👉 L'électrostimulation consiste à envoyer des décharges électriques dans les muscles afin de les pousser à se contracter. De la même façon qu'on éprouve un muscle lors d'un effort, l'électrostimulation cherche à provoquer des microlésions, avec pour résultat de stimuler la régénération musculaire.


Supplément Vidéo: Qu'est-ce qu'un électroaimant ? - FUTURE - ARTE.




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