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Le principe de fonctionnement de l'inductance est très abstrait. Afin d’expliquer ce qu’est l’inductance, partons du phénomène physique de base.

1. Deux phénomènes et une loi : le magnétisme induit par l'électricité, l'électricité induite par le magnétisme et la loi de Lenz

1.1 Phénomène électromagnétique

Il existe une expérience en physique au lycée : lorsqu'une petite aiguille magnétique est placée à côté d'un conducteur avec du courant, la direction de la petite aiguille magnétique dévie, ce qui indique qu'il existe un champ magnétique autour du courant. Ce phénomène a été découvert par le physicien danois Oersted en 1820.

Si nous enroulons le conducteur en cercle, les champs magnétiques générés par chaque cercle du conducteur peuvent se chevaucher et le champ magnétique global deviendra plus fort, ce qui peut attirer de petits objets. Sur la figure, la bobine est alimentée par un courant de 2 à 3 A. Notez que le fil émaillé a une limite de courant nominal, sinon il fondra à cause de la température élevée.

2. Phénomène de magnétoélectricité

En 1831, le scientifique britannique Faraday a découvert que lorsqu'une partie du conducteur d'un circuit fermé se déplace pour couper le champ magnétique, de l'électricité est générée sur le conducteur. La condition préalable est que le circuit et le champ magnétique soient dans un environnement relativement changeant, on parle donc de magnétoélectricité « dynamique », et le courant généré est appelé courant induit.

Nous pouvons faire une expérience avec un moteur. Dans un moteur à courant continu à balais courant, la partie stator est un aimant permanent et la partie rotor est un conducteur de bobine. La rotation manuelle du rotor signifie que le conducteur se déplace pour couper les lignes de force magnétiques. En utilisant un oscilloscope pour connecter les deux électrodes du moteur, le changement de tension peut être mesuré. Le générateur est fabriqué sur la base de ce principe.

3. Loi de Lenz

Loi de Lenz : La direction du courant induit généré par le changement de flux magnétique est la direction qui s'oppose au changement de flux magnétique.

Une compréhension simple de cette phrase est la suivante : lorsque le champ magnétique (champ magnétique externe) de l'environnement du conducteur devient plus fort, le champ magnétique généré par son courant induit est opposé au champ magnétique externe, ce qui rend le champ magnétique total global plus faible que le champ magnétique externe. champ magnétique. Lorsque le champ magnétique (champ magnétique externe) de l'environnement du conducteur s'affaiblit, le champ magnétique généré par son courant induit est opposé au champ magnétique externe, ce qui rend le champ magnétique total global plus fort que le champ magnétique externe.

La loi de Lenz peut être utilisée pour déterminer la direction du courant induit dans le circuit.

2. Bobine de tube en spirale – expliquant le fonctionnement des inducteursAvec la connaissance des deux phénomènes ci-dessus et d'une loi, voyons comment fonctionnent les inducteurs.

L'inducteur le plus simple est une bobine à tube spiralé :

Situation lors de la mise sous tension

Nous coupons une petite section du tube en spirale et pouvons voir deux bobines, la bobine A et la bobine B :

Lors du processus de mise sous tension, la situation est la suivante :

①La bobine A traverse un courant, en supposant que sa direction est celle indiquée par la ligne continue bleue, appelée courant d'excitation externe ;
②Selon le principe de l'électromagnétisme, le courant d'excitation externe génère un champ magnétique, qui commence à se propager dans l'espace environnant et recouvre la bobine B, ce qui équivaut à la bobine B coupant les lignes de force magnétiques, comme le montre la ligne pointillée bleue ;
③Selon le principe de la magnétoélectricité, un courant induit est généré dans la bobine B et sa direction est celle indiquée par la ligne continue verte, qui est opposée au courant d'excitation externe ;
④Selon la loi de Lenz, le champ magnétique généré par le courant induit doit contrecarrer le champ magnétique du courant d'excitation externe, comme le montre la ligne pointillée verte ;

La situation après la mise sous tension est stable (DC)

Une fois la mise sous tension stable, le courant d'excitation externe de la bobine A est constant et le champ magnétique qu'elle génère est également constant. Le champ magnétique n’a pas de mouvement relatif avec la bobine B, il n’y a donc pas de magnétoélectricité et il n’y a pas de courant représenté par la ligne continue verte. A ce moment, l'inducteur équivaut à un court-circuit pour une excitation externe.

3. Caractéristiques de l'inductance : le courant ne peut pas changer brusquement

Après avoir compris comment uninducteurfonctionne, regardons sa caractéristique la plus importante : le courant dans l'inducteur ne peut pas changer soudainement.

Sur la figure, l'axe horizontal de la courbe de droite est le temps et l'axe vertical est le courant sur l'inducteur. Le moment où l’interrupteur est fermé est considéré comme l’origine du temps.

On constate que :1. Au moment où l'interrupteur est fermé, le courant sur l'inducteur est de 0 A, ce qui équivaut à un circuit ouvert de l'inducteur. En effet, le courant instantané change brusquement, ce qui générera un énorme courant induit (vert) pour résister au courant d'excitation externe (bleu) ;

2. En train d'atteindre un état stable, le courant sur l'inducteur change de façon exponentielle ;

3. Après avoir atteint un état stable, le courant sur l'inducteur est I = E/R, ce qui équivaut à un court-circuit de l'inducteur ;

4. Au courant induit correspond la force électromotrice induite, qui agit pour contrecarrer E, c'est pourquoi elle est appelée Back EMF (force électromotrice inverse) ;

4. Qu’est-ce que l’inductance exactement ?

L'inductance est utilisée pour décrire la capacité d'un appareil à résister aux changements de courant. Plus la capacité à résister aux changements de courant est forte, plus l'inductance est grande, et vice versa.

Pour l'excitation CC, l'inducteur est finalement dans un état de court-circuit (la tension est de 0). Cependant, pendant le processus de mise sous tension, la tension et le courant ne sont pas 0, ce qui signifie qu'il y a du courant. Le processus d’accumulation de cette énergie s’appelle la charge. Il stocke cette énergie sous la forme d'un champ magnétique et libère de l'énergie en cas de besoin (par exemple lorsqu'une excitation externe ne peut pas maintenir la taille du courant dans un état stable).

Les inducteurs sont des dispositifs inertiels dans le champ électromagnétique. Les dispositifs inertiels n'aiment pas les changements, tout comme les volants d'inertie en dynamique. Il est difficile de commencer à tourner au début, et une fois qu’ils commencent à tourner, il est difficile de les arrêter. L'ensemble du processus s'accompagne d'une conversion d'énergie.

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