Loi d'Ohm pour un circuit magnétique
S'il n'y avait pas de flux magnétiques, il est peu probable que l'ingénierie électrique moderne existerait. Le fonctionnement des générateurs et des moteurs électriques, des électroaimants et des transformateurs, des instruments de mesure et des capteurs à effet Hall repose sur l'utilisation du champ magnétique et les propriétés du flux magnétique.
Pour concentrer et renforcer le flux magnétique, ils recourent à l'utilisation de matériaux ferromagnétiques. Des matériaux ferromagnétiques sont produits noyaux magnétiques — des corps de formes et de dimensions requises, des noyaux pour diriger les flux magnétiques d'une taille ou d'une autre dans la direction requise. De tels corps, à l'intérieur desquels passent des lignes fermées d'induction magnétique, sont appelés circuits magnétiques.
Les propriétés connues du champ magnétique permettent de calculer les flux magnétiques dans divers circuits magnétiques. Mais pour les travaux pratiques, il est beaucoup plus commode de recourir aux conséquences générales et aux lois des circuits magnétiques dérivées des lois du champ magnétique, au lieu d'utiliser ces lois directement à chaque fois. L'application de certaines règles aux circuits magnétiques est plus pratique pour résoudre des problèmes pratiques typiques.
Par exemple, considérons un circuit magnétique simple constitué d'une culasse non ramifiée de section S, elle-même constituée d'un matériau avec perméabilité mu… La culasse a un entrefer non magnétique de même surface S, par exemple de l'air, et la perméabilité magnétique dans l'entrefer — mu1 — est différente de la perméabilité magnétique de la culasse. Ici, vous pouvez regarder la ligne moyenne d'induction et lui appliquer le théorème de la tension magnétique :
Étant donné que les lignes d'induction magnétique sont continues dans tout le circuit, l'amplitude du flux magnétique à la fois dans la culasse et dans l'entrefer est la même. Maintenant, nous utilisons les formules pour induction magnétique B et pour le flux magnétique F pour exprimer la force H du champ magnétique en termes de flux magnétique F.
L'étape suivante consiste à substituer les expressions résultantes dans la formule ci-dessus du théorème du flux magnétique :
Nous avons obtenu une formule très proche de celle connue en électrotechnique Loi d'Ohm pour une section d'un circuit fermé, et le rôle de la FEM est ici joué par la grandeur iN, appelée force magnétomotrice (ou MDF) par analogie avec la force électromotrice. Dans le système SI, la force magnétomotrice est mesurée en ampères.
La somme au dénominateur n'est rien de plus qu'une analogie de la résistance électrique totale pour un circuit électrique, et pour un circuit magnétique, on l'appelle la résistance magnétique totale en conséquence. Les termes du dénominateur sont les résistances magnétiques des sections individuelles du circuit magnétique.
Les résistances magnétiques dépendent de la longueur du circuit magnétique, de sa section transversale et de la perméabilité magnétique (similaire à la conductivité électrique pour la loi d'Ohm habituelle).En conséquence, vous pouvez écrire la formule de la loi d'Ohm, uniquement pour un circuit magnétique :
C'est-à-dire que la formulation de la loi d'Ohm par rapport à un circuit magnétique ressemble à ceci : "dans un circuit magnétique sans ramification, le flux magnétique est égal au quotient de la division de MDS par la résistance magnétique totale du circuit."
Il ressort des formules que la résistance magnétique dans le NE est mesurée en ampères weber, et la résistance magnétique totale d'un circuit magnétique est numériquement égale à la somme des résistances magnétiques des parties de ce circuit magnétique.
La situation décrite est valable pour un circuit magnétique non ramifié comportant un nombre quelconque de pièces, pourvu que le flux magnétique pénètre successivement dans toutes ces pièces. Si les noyaux magnétiques sont connectés en série, la résistance magnétique totale est trouvée en additionnant les résistances magnétiques des pièces.
Considérons maintenant une expérience qui démontre l'effet de la réluctance des parties d'un circuit sur la réluctance totale d'un circuit. Un circuit magnétique en forme de U est magnétisé par la bobine 1, qui est alimentée (courant alternatif) par un ampèremètre et un rhéostat. Une FEM est induite dans l'enroulement secondaire 2, et les lectures du voltmètre connecté à l'enroulement, comme vous le savez, sont proportionnelles au flux magnétique dans le circuit magnétique.
Si vous maintenez maintenant le courant dans l'enroulement primaire inchangé en le régulant avec un rhéostat, et en même temps pressez la plaque de fer contre le circuit magnétique au-dessus, après que la résistance magnétique totale du circuit sera considérablement réduite, la lecture du voltmètre augmentera en conséquence.
Bien sûr, les termes ci-dessus, tels que "magnétorésistance" et "force magnétomotrice", sont des concepts formels, puisque rien dans le flux magnétique ne bouge, il n'y a pas de particules en mouvement, ce n'est qu'une représentation visuelle (comme un modèle d'écoulement de fluide) de une meilleure compréhension des lois...
La signification physique de l'expérience ci-dessus et d'autres expériences similaires est de comprendre comment l'introduction d'entrefers non magnétiques et de matériaux magnétiques dans le circuit magnétique affecte le flux magnétique dans le circuit magnétique.
En introduisant, par exemple, un aimant dans un circuit magnétique, on ajoute des courants moléculaires supplémentaires aux corps déjà contenus dans le circuit, qui introduisent des flux magnétiques supplémentaires. Des concepts formels tels que «résistance magnétique» et «force magnétomotrice» s'avèrent très pratiques pour résoudre un problème pratique, c'est pourquoi ils sont utilisés avec succès en génie électrique.