Le couplage électromécanique
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L’énergie électrique est donc transformée en énergie mécanique.
Mais est-il possible de transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique ?
Étudions le dispositif des rails de Laplace.
• Une tige métallique mobile est posée sur
deux rails parallèles identiques. Un
générateur est relié en série aux
deux rails ;
• la tige est parcourue par un courant
d’intensité I ;
• la tige est immobile.
Lorsque l’on place la tige dans l’entrefer d’un aimant en U, elle est soumise à la force de Laplace qui la met en mouvement : elle se déplace du point A vers le point B.
I : intensité du courant qui traverse le
conducteur, en ampère (A).
L : longueur du conducteur (tige), en
mètre (m).
B : valeur du champ magnétique, en tesla
(T).
F : force de Laplace, en newton (N).
Le travail de la force de Laplace sur ce déplacement est :
W = F.AB = I.L.B.AB > 0.
C’est un travail moteur : l’énergie électrique fournie par le générateur a été transformée en énergie mécanique.
Un moteur à courant continu est
constitué de plusieurs bobinages de fil conducteur, le
rotor, placés au centre d’un
aimant, le stator.
De petits balais, reliés au collecteur, permettent la
circulation du courant électrique dans les bobinages.
Lorsqu’il est alimenté par un courant électrique, le moteur tourne. Les forces de Laplace créées mettent en rotation le rotor.
Dans un moteur à courant continu, l’énergie électrique est convertie en énergie mécanique et en énergie thermique.
We : énergie électrique
reçue.
Wm : énergie mécanique fournie.
Wth : énergie thermique dissipée
par effet Joule et par frottements.
Étudions à nouveau le dispositif des rails de Laplace.
La tige métallique mobile est posée sur les deux rails parallèles identiques. Un galvanomètre (sorte d’ampèremètre très sensible) est relié en série avec les deux rails.
Lorsque la tige est immobile, l’aiguille du galvanomètre indique qu’aucun courant ne circule dans le dispositif.
On place la tige dans l’entrefer d’un aimant en U, l’aiguille du galvanomètre est toujours immobile.
Lorsque l’on déplace la tige sur
les rails, l’aiguille du galvanomètre se
déplace et indique qu’un courant traverse
le circuit.
L’énergie mécanique
fournie par l’opérateur qui déplace la tige
a été transformée en
énergie électrique.
Plaçons un aimant au voisinage d’une bobine de fil et faisons tourner cet aimant.
Les deux bornes de la bobine sont reliées à un
oscilloscope.
On visualise l’apparition d’une tension alternative
aux bornes de la bobine.
L’énergie mécanique (sous forme d’énergie cinétique) de l’aimant a été transformée en énergie électrique et en énergie thermique.
Wm : énergie mécanique de
l’aimant.
We : énergie électrique
fournie.
Wth : énergie thermique dissipée
par effet Joule.
Un dispositif constitué d’une bobine parcourue par un courant plongée dans un champ magnétique permet de transformer de l’énergie électrique en énergie mécanique.
Un dispositif constitué d’un aimant tournant devant une bobine permet de transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique.
On dit que ces systèmes réalisent un couplage électromécanique.
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