Fiche de cours

La production d'une onde sinusoïdale

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1. L'induction électromagnétique

Vous savez qu'il y a autour d'un aimant permanent des lignes de champs invisibles qui constituent le flux magnétique.
L'espace qui contient ce flux se nomme champ magnétique.
Il est important de savoir que le fonctionnement de tout alternateur repose sur le principe d'induction électromagnétique.

Illustration animée : Le phénomène d'induction électromagnétique.

2. L'alternateur élémentaire

Un alternateur élémentaire est constitué :

  • d'un aimant permanent donnant le champ magnétique ;
  • d'un conducteur, sous la forme d'un cadre, nommé bobine ou enroulement.

Lorsque la bobine tourne dans le champ magnétique, autour d'un axe concentrique à l'aide d'une source externe de puissance mécanique, une tension est induite dans la bobine.
Il est possible de mesurer cette tension par les extrémités de la bobine.

Illustration animée : L'alternateur élémentaire.

a. Forme d'onde sinusoïdale

Dans un alternateur, la bobine tourne à une vitesse constante formant ainsi un mouvement périodique.
Comme le mouvement de la bobine est périodique, la tension induite le sera également.
Cependant, la valeur de la tension induite n'est pas constante, puisqu'elle est définie en fonction du sinus de l'angle formé par le déplacement de la bobine et les lignes du champ magnétique.
A l'instant où le déplacement de la bobine est perpendiculaire aux lignes de champs, la tension induite dans la bobine est maximale.
Par contre, lorsque le déplacement de la bobine est parallèle aux lignes de champs, la tension induite est nulle (Figure 1.6).

Illustration animée : L'onde sinusoïdale de la tension induite.

Quant à la polarité de la tension induite, elle change à chaque demi-rotation de la bobine. Un demi-tour de la bobine, c'est-à-dire de 0° à 180°, induit une tension positive, appelée alternance positive, tandis que l'autre demi-tour, soit de 180° à 360°, induit une tension négative nommée alternance négative.
b. cycle de tension

La figure ci-dessus vous montre un cycle de la tension induite sous forme d'une onde sinusoïdale.
Vous remarquez dans cette figure qu'un tour complet de la bobine dans son champ magnétique, c'est-à-dire de 0° à 360°, correspond à un cycle de tension induite dans la bobine.
Cette tension atteint sa valeur maximale à deux reprises, soit à 90° et à 270°, puisqu'à ces endroits le déplacement de la bobine est perpendiculaire aux lignes du champ magnétique.
Par contre, la tension induite est nulle aux positions 0°, 180° et 360°, étant donné que le déplacement de la bobine est parallèle aux lignes de champs.

Le cycle de tension représenté est exprimé en unités de degrés. Toutefois, il est également possible d'exprimer un cycle de tension en radians (rad). C'est ainsi qu'un cycle correspond à 2 xPi x rad, comme le fait voir la figure ci-dessous.


La tension induite d'un alternateur est une source d'alimentation à courant alternatif (c.a.) dont le symbole est :

 

Lorsqu'un circuit est alimenté par une source à courant alternatif, toutes les lois relatives au courant continu, dont la loi d'Ohm, restent valables. Il est important de considérer, d'une part, que la polarité de la tension change à chaque demi-cycle, produisant ainsi une inversion de sens du courant dans le circuit et, d'autre part, que la valeur de tension et celle du courant varient en fonction du temps.

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