Le couplage électromécanique - Cours de Physique Chimie avec Maxicours

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Le couplage électromécanique

Objectif : Un conducteur électrique parcouru par un courant et placé dans un champ magnétique subit une force appelée force de Laplace. Le conducteur est alors mis en mouvement.
L’énergie électrique est donc transformée en énergie mécanique.

Mais est-il possible de transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique ?
1. Conversion d’énergie électrique en énergie mécanique
a. Rôle moteur des forces de Laplace

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.

: 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.

b. Conversion d’énergie dans un moteur

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.

2. Conversion d’énergie mécanique en énergie électrique
a. Création d’un courant dans le dispositif des rails de Laplace

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.

b. Création d’un courant

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.

L’essentiel
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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