Un outil interactif en ligne pour calculer l’intensité du champ magnétique produit par un solénoïde en raison d’un courant électrique le traversant.
Calculateur de Champ Magnétique du Solénoïde
Ce calculateur de champ magnétique du solénoïde est un outil interactif conçu spécifiquement pour calculer la force d’un champ magnétique à l’intérieur de solénoïdes et bobines à âme d’air. Les champs magnétiques se composent de lignes de force invisibles (lignes de flux) qui entourent les aimants permanents, ou dans les aimants temporaires (électroaimants) créés lorsqu’un courant traverse une bobine de fil.
Lorsque nous faisons passer un courant électrique, (I), à travers un fil droit, un petit champ magnétique est généré autour de celui-ci. La direction de rotation de ce champ magnétique dépend de la direction du courant circulant dans le fil. Le problème est que le champ magnétique produit par ces lignes de flux autour du fil est faible et d’une utilité pratique limitée.
Cependant, en pliant le fil droit en forme de boucle unique, les lignes de flux sont rapprochées et deviennent plus concentrées au centre de la boucle puisque toutes les lignes de flux à l’intérieur de la boucle vont dans la même direction. Si le conducteur est formé en plus d’une boucle, il produit une bobine électromagnétique connue couramment sous le nom de solénoïde, comme montré ci-dessous.
Bobine de Solénoïde
Un solénoïde n’est rien d’autre qu’une longueur de fil enroulée étroitement en une longue bobine mince, dont la longueur est significativement supérieure à son diamètre. Lorsqu’un courant électrique d’une certaine intensité traverse les enroulements du solénoïde, il génère un champ magnétique.
La force du champ électromagnétique créé dépend de l’intensité du courant circulant à travers les enroulements de la bobine. Ainsi, plus le courant est élevé, plus le champ magnétique est fort. De même, plus il y a d’enroulements dans une longueur spécifique, plus le champ magnétique est concentré.
Tours-Ampères (NI)
Le flux magnétique, (Φ), produit par un solénoïde parcouru par un courant est directement proportionnel au produit du nombre de tours de la bobine, (N), et de l’intensité du courant électrique (I) circulant à travers la bobine. Le produit de N*I est appelé force électromotrice (f.e.m), mesurée en tours ampères (At).
f.e.m. = N*I Tours-Ampères (At)
Nous pouvons ainsi constater que plus la valeur de la f.e.m. est grande, plus le flux magnétique produit par le solénoïde (ou la bobine) est important, et vice-versa.
Intensité du Champ (H)
La Force de Magnétisation, (H), produite par un courant électrique circulant à travers une bobine est généralement définie comme la f.e.m. mise en place par unité de longueur de la bobine. Ainsi, si la longueur (ℓ) d’un solénoïde (ou bobine) avec un nombre fixe de tours ampères est augmentée, l’intensité du champ magnétique produit sera réduite (deviendra plus faible).
De même, si nous concentrons une grande quantité de tours de bobine dans un petit volume, l’intensité du champ magnétique produit sera augmentée. Ainsi, l’intensité du champ dépend de la longueur de la bobine.
L’intensité du champ magnétique, H, est essentiellement la f.e.m. par unité de longueur de la bobine exprimée en tours ampères par mètre, ou At/m.
Où H est l’intensité au centre d’une âme d’air.
Perméabilité (μ)
L’intensité du flux magnétique produit par H dépend du matériau du noyau utilisé dans le solénoïde. Un bon matériau de noyau concentrera donc les lignes de flux magnétique, produisant une grande valeur de densité de flux pour une valeur spécifiée de H.
La densité de flux magnétique (B) est une mesure de la concentration de flux à l’intérieur du noyau et est mesurée en Teslas, (T). Nous pouvons alors définir la relation entre la force de magnétisation, (H), et la densité de flux magnétique résultante, (B) comme suit :
densité de flux, B = μH teslas (T)
Où la constante de proportionnalité μ est la perméabilité absolue du matériau, et a des dimensions de henrys par mètre (H/m). La perméabilité de l’espace libre, d’un vide, est définie comme :
μo = 4π x 10-7 henrys par mètre (H/m)
Pour toutes les applications pratiques, la perméabilité de l’air (tube creux) est égale à : μo (“mu zéro”). Pour un noyau de bobine avec un matériau ferromagnétique solide, la perméabilité absolue est donnée par : μ = μo x μr, où μr est la perméabilité relative du matériau de noyau utilisé.
Nous pouvons utiliser le calculateur de champ magnétique suivant pour trouver la densité uniforme B du champ magnétique d’un solénoïde enroulé composé de bobines de fil enroulées sur un noyau creux (c’est-à-dire sans noyau ferromagnétique) en utilisant le calculateur en ligne suivant :
Calculateur de Champ Magnétique
Comment utiliser ce Calculateur de Champ Magnétique
Pour calculer la force du champ magnétique, saisissez le montant du courant, (I), qui traverse la bobine, en Ampères. Saisissez la longueur de la bobine de solénoïde en mètres. Saisissez le nombre de tours de bobine entière. La densité de flux magnétique, (B), est calculée en Tesla (T) à l’aide de la formule ci-dessous.
Exemple de Calculateur de Champ Magnétique
Une bobine de solénoïde de 15 cm de long consiste en 500 tours de fil enroulé autour d’un noyau creux. Si la bobine consomme un courant de 3 ampères, calculez la valeur de la force électromotrice produite par la bobine, l’intensité du champ magnétique et la densité de flux au centre de la bobine de solénoïde.
Données fournies : N = 500, I = 3A, ℓ = 12cm
Nous avons donc vu dans ce tutoriel que la densité de flux magnétique B produite dans un matériau est directement proportionnelle à la force de magnétisation appliquée H, et plus la force de magnétisation est grande, plus la densité de flux est importante et vice-versa.
Nous avons également constaté que la force électromotrice (f.e.m.) spécifie la force de magnétisation causée par un courant circulant à travers un ou plusieurs tours de bobine. La valeur de la f.e.m. exprimée en tours ampères est proportionnelle au courant et au nombre de tours, mais l’intensité du champ magnétique produit dépend de la longueur de la bobine de solénoïde.
L’intensité du champ magnétique est donnée comme la force électromotrice par unité de longueur de la bobine et est responsable de la production du flux magnétique dans le solénoïde ou la bobine. Elle est donc présentée comme des tours ampères par mètre, At/m.
La force du champ magnétique d’un solénoïde et sa densité de flux sont liées par la perméabilité du matériau du noyau dans lequel le champ magnétique est créé. Le rapport B/H est toujours une constante et est égal à la perméabilité absolue μ du matériau du noyau utilisé.
