Force/Puissance d'un électroaimant

[invite6112338b]

Bonjour à tous

Je suis élève en Terminale S et je voudrais comprendre quelque chose sur les électroaimants.
-Si l'on fournit une puissance électrique P1 à un électroaimant, aura t-il une puissance P2 environ égal à P1 ?

-La force d'un électroaimant dépend de l'intensité du courant électrique donc la puissance de cet électroaimant est aussi lié à l'intensité ?

-Si on utilise un transformateur pour augmenter l'intensité on augmente aussi la force et la puissance de cet électroaimant donc la puissance électrique traversant le circuit inductif n'est pas lié à la puissance de l'électroaimant ?

-J'ai vu une formule pour calculer la force approximative d'un électroaimant :
Loi de Picou 1/2 N² I² dp/dx
N : nombre de spires
I : intensité dans le circuit inductif
p : perméance p= μ0 μr S /l
μ0 : 4π 10^-7
μr : coefficient de perméabilité relatif au matériau
S : section du noyau magnétique
l : longueur du circuit inductif
x : distance entre l'électroaimant et l'objet
Cependant je ne comprends pas dp/dx je sais faire dE/dx avec E=1/2kx² mais le problème c'est que dans dp/dx p ne dépend pas de x donc il y a t-il quelque chose qui m'échappe ?

Un grand merci à tous ceux qui prendront le temps de répondre à mes questions.
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[mizambal]

Salut ! Par rapport à une variation de courant les puissances électriques Pe = R . I² et mécanique P= F . v évoluent à l'unisson d'un facteur carré. pour déterminer F, cette formule là parait plus simple car ne contient pas de Picou (c koi ce machin ) en dedans -> https://fr.wikipedia.org/wiki/%C3%89...%C3%A9sultante

[invite6112338b]

Merci de votre réponse j'y vois plus clair. Mais pour Pe = R . I² et P = F . v savez vous comment l'on peut déterminer v. Et l'on sait aussi que Pe= U . I donc si l'on utilise un transformateur on augmente la force de l'électroaimant et donc sa puissance mais Pe reste égal (en négligeant les pertes du transfo). Ca m'a l'air logique comme raisonnement mais ce n'est pas possible puisque l'on augmenterait la puissance de l'électroaimant sans augmenter la puissance de la source… contre intuitif non ? Ou alors il y a quelque chose que je ne comprends pas.

[gts2]

Pour la formule de Picou, il manque un terme dans la perméance : on va prendre l'inverse (réluctance) qui est plus simple R=1/p=l/μ0 μr S + x /μ0 S ; le premier terme venant du circuit magnétique et le deuxième de l'entrefer, l'air entre l'électroaimant et la pièce à attirer.
Mais vous pouvez vous contenter de la formule B^2 S /2μ0.

Tant qu'à la puissance, c'est plus compliqué : un électroaimant fonctionne en statique (v=0) et P=RI^2 est simplement l'effet Joule du au courant nécessaire à la création de B.
En mouvement, on aura bien Pgénérateur=ui=Ri^2+Fv mais pas si simple à utiliser car u ou i sont variables.
Tant qu'à déterminer v, là ...

Pour ce qui est du transformateur, déjà dit par @mizambal, tout augmente en proportion.

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Je me corrige Pgenerateur=Ri^2+Fv+... ce qui sera encore moins simple à utiliser.

[invite6112338b]

Donc il a aucun moyen de calculer la puissance d'une électroaimant en fonction de la puissance de son alimentation électrique.
Pour le transformateur je me suis peut être mal exprimé ou je n'ai pas compris le lien avec votre réponse:
Si notre électroaimant est alimenté par une puissance électrique Pe = U . I et que l'on utilise un transformateur pour élever l'intensité du courant, le voltage lui va diminuer et l'on va conserver la puissance électrique Pe (sensiblement la même, on néglige les pertes). Comme le puissance de l'électroaimant évolue d'un facteur carré, qui est l'intensité I, cela voudrait dire que l'on augmenterait la puissance de l'électroaimant MAIS la puissance électrique Pe serait la même. Cela n'a aucun sens...

[invitef29758b5]

Si notre électroaimant est alimenté par une puissance électrique Pe = U . I et que l'on utilise un transformateur pour élever l'intensité du courant, le voltage lui va diminuer

On utilise un transfo pour varier la tension (et non le"voltage")
L' intensité dépend de ce qu' on branche dessus .

[gts2]

Donc il a aucun moyen de calculer la puissance d'une électroaimant en fonction de la puissance de son alimentation électrique.

Vu "Je suis élève en Terminale S", il n'y a clairement pas de moyen et même après ce n'est pas très simple.

Si notre électroaimant est alimenté par une puissance électrique Pe = U . I et que l'on utilise un transformateur pour élever l'intensité du courant, le voltage lui va diminuer et l'on va conserver la puissance électrique Pe (sensiblement la même, on néglige les pertes). Comme le puissance de l'électroaimant évolue d'un facteur carré, qui est l'intensité I, cela voudrait dire que l'on augmenterait la puissance de l'électroaimant MAIS la puissance électrique Pe serait la même. Cela n'a aucun sens...

Donc vous utilisez un transformateur abaisseur de tension : si vous baissez la tension aux bornes de la bobine le courant va diminuer, donc le champ, donc la force, mais on aura toujours, propriété de base des transfo, puissance du générateur à l'entrée du transfo=puissance dans la bobine de l'électroaimant.

Pour le transformateur, je ne comprends pas trop votre raisonnement : on a l'impression que vous travaillez à puissance électrique constante, mais si vous changez l'alimentation de la bobine, la puissance va changer.

[invite6112338b]

Le voltage ne ce dit pas ?
Pour ce qui est du transformateur, lorsqu'une puissance électrique P1 = U1 . I1 parcours un bobinage avec un nombre de spires N1, cela crée dans le matériau un flux magnétique. Ce flux magnétique est ensuite utilisé pour généré un courant électrique P2 = U2 . I2 dans une bobine contenant N2 spires. L'on obtient la relation N1/N2 = U1/U2 = I2/I1 et P1 = P2 N'est ce pas la le fonctionnement d'un transformateur ?
Donc l'on peut bien augmenter l'intensité et diminuer la tension ou est ce que je me trompe ?

[invitef29758b5]

Le voltage ne ce dit pas ?

En français , c' est un barbarisme .

lorsqu'une puissance électrique P1 = U1 . I1 parcours un bobinage

Le bobinage est parcouru par un courant et non une puissance .

[invite6112338b]

Je ne sais pas si l'on pourrait me qualifier d'élève de Terminale Lambda. On va dire que j'aime beaucoup la physique et que tout ce que l'on m'explique je comprends ou alors si je ne comprends pas je pose des questions.

Pour le transformateur je part du principe qu'il est alimenté par un générateur donc puissance, courant, intensité constante. Ainsi en utilisant un transformateur l'on peut normalement faire varier l'intensité et le courant mais pas la puissance cela dépend du nombre de spire. Donc dans la première parti du transfo tout va bien il crée juste un flux magnétique. Dans la 2ème partie, l'on a un nombre de spire qui fait que la tension diminue et l'intensité augmente donc pour le coup l'alimentation de la bobine ne change pas. Je ne suis pas très doué pour expliquer à l'écrit...

[invite6112338b]

Je sais pourquoi je dis voltage, c'est en anglais et comme l'on parle d'électricité je dis voltage des fois désolé d'avoir fais souffrir vos yeux.

[gts2]

L'on obtient la relation N1/N2 = U1/U2 = I2/I1 et P1 = P2 N'est ce pas la le fonctionnement d'un transformateur ?
Donc l'on peut bien augmenter l'intensité et diminuer la tension ou est ce que je me trompe ?

I2 est le courant en sortie, I1 le courant en entrée du transfo, ce ne sont pas les courants dans la bobine avec et sans transfo.

[gts2]

Il est alimenté par un générateur donc puissance, courant, intensité constante.

Donc l'erreur est ici : un générateur n'impose qu'UNE grandeur, le plus souvent tension et le reste s'ajuste en fonction de la charge.

[invite6112338b]

Je ne comprends pas ce que vous voulez dire par "ce ne sont pas les courants dans la bobine avec et sans transfo." I2 et I1 sont les courants dans la bobine 1 pour I1 à l'entrée du transfo et dans la bobine 2 pour I2 à la sortie.

[invite6112338b]

Pourquoi un générateur n'impose qu'une grandeur ? Par exemple les générateurs (même si ce sont des alternateurs) dans les centrales nucléaires EPR fournissent je crois de mémoire 23kV et 48000 A. Il n'y a pas qu'une grandeur, le stator de ce cet alternateur génère un courant de 23kV d'une intensité de 48000A.

[invitef29758b5]

En l' absence de puissance mécanique , ton électro aimant est une résistance pure .
Tu le branche sur quelque chose , peu importe ce que c' est , qui fournit un tension U .
L' intensité du courant est donnée par I = U/R (je ne t' apprend rien)
La puissance est donc P = U²/R
Elle augmente comme le carré de la tension .

Considère la tension comme la cause et l' intensité comme l' effet (compte tenu de autres paramètres telle la résistance)

[gts2]

Cas 1 : pas de transfo générateur E qui crée I dans la bobine

Cas 2 : transfo alimenté par E=U1, rapport n, tension aux bornes de la bobine U2=nE, courant I2=nI soit à l'entrée du transfo I1=nI2=n^2 I

Aucun des courants avec transfo n'est égal au courant de départ.

[gts2]

Pourquoi un générateur n'impose qu'une grandeur ? Par exemple les générateurs (même si ce sont des alternateurs) dans les centrales nucléaires EPR fournissent je crois de mémoire 23kV et 48000 A.

Non : un alternateur EPR fournit 23 kV et peut au maximum fournir 48 kA. Ces 48 kA sont gouvernés côté réacteur par la puissance de celui-ci.

[invite6112338b]

Je n'avais pas pensé à P = U²/R ca explique des choses. Mais je ne comprends toujours pas le fait que si l'on augmente l'intensité et qu'on diminue la tension pour garder une puissance égal, la puissance électrique reste la même mais la variation de l'intensité augmente la force de l'électroaimant pourtant la puissance électrique reste la même…
Donc conclusion la puissance de l'électroaimant augmente mais la puissance électrique ne change pas… Soit il y a quelque chose à laquelle je ne pense pas, ce qui est très probable, soit mon raisonnement est correcte mais ce qui serait vraiment bizarre.
En ce qui concerne le transfo, oui, le courant de départ n'est pas égal à celui de sorti sauf dans le cas ou le nombre de spires en entré et en sorti est égal. Mais je comprends pas pourquoi mon modèle n'est pas possible: un générateur fourni une tension et une intensité, le transfo élève l'intensité et diminue la tension. Je ne sais pas si c'est moi qui suis têtu oui si je n'arrive pas à vous expliquer.

[gts2]

Mais je ne comprends toujours pas le fait que si l'on augmente l'intensité et qu'on diminue la tension pour garder une puissance égale.

On répète, si vous diminuer la tension aux bornes de la bobine, le courant va diminuer aussi et la puissance itou.

[gts2]

Un générateur fourni une tension et une intensité.

On répète, un générateur fournit une tension OU une intensité, la plupart du temps c'est une tension.

[invite6112338b]

Pour l'alternateur EPR, il fournit toujours 23kV qui varie en fonction de l'intensité du champ magnétique des aimants du stator et les 48kA du à la vitesse de la rotation du stator . Si l'on diminue la puissance du réacteur, la stator va tourner moins vite donc l'intensité va décroitre. Mais pourquoi l'alternateur n'a qu'une grandeur ? Je veux dire l'intensité ne dépend pas de la résistance pour un générateur. La résistance va juste définir les pertes mais n'intervient pas dans l'intensité de sortie du générateur donc pour moi il y a 2 grandeurs tension et intensité.

[invite6112338b]

Pourquoi un générateur fournit une tension ou une intensité ? Si il fournit soit l'un soit l'autre qu'est ce qui génère l'autre grandeur ?
"si vous diminuer la tension aux bornes de la bobine, le courant va diminuer aussi et la puissance" oui je suis d'accord mais par si l'on utilise un transfo puisque le principe d'un transfo c'est que la puissance d'entrée est égale à la puissance de sortie l'intensité augmente et la tension diminu.

[gts2]

On va d'abord répondre par un raisonnement par l'absurde : supposons qu'un générateur délivre U et I et qu'il soit en circuit ouvert, où passe le courant I ; supposons que EPR délivre bien 23kV 48kA et supposons que l'on branche dessus une ville qui soumise à 23kV consomme 36kA, où passent les 12 kA en trop ?

"23kV qui varie en fonction de l'intensité du champ magnétique des aimants du stator et les 48kA du à la vitesse de la rotation du stator"

Les 23 kV dépendent de l'intensité du champ magnétique des aimants du stator ET de la vitesse de la rotation du stator.
Les 48 kA dépendent du couple appliqué à l'alternateur, couple fourni par la turbine du réacteur.

"Si l'on diminue la puissance du réacteur, le stator va tourner moins vite donc l'intensité va décroitre."
Un alternateur est régulé, le stator va avoir tendance à tourner moins vite, la régulation va stabiliser la vitesse (50 Hz oblige) et l'intensité va en effet diminuer.

"Je veux dire l'intensité ne dépend pas de la résistance pour un générateur."
OK pour la résistance du générateur, l'intensité dépend, vu de l'entrée, du couple de la turbine et, vu de la sortie, de la charge (U=RI), après il faut réguler pour que l'entrée et la sortie soit en concordance.

[invitef29758b5]

Pourquoi un générateur fournit une tension ou une intensité ?

Il "fournit" les 2
La tension est caractéristique d' un générateur .
L' intensité dépend de ce qu' on branche dessus .

[invite6112338b]

Du coup en sortie d'un générateur U=R.I est respecté ? Je croyais que la tension et l'intensité fournit par un générateur dépendaient seulement du couple et de la vitesse du stator. Par exemple pour l'alternateur de l'EPR, je pensait qu'il fournissait 23kV et 48kA peu importe la résistance mais que la résistance du circuit auquel il soumet 23kV et 48kA permettait juste de définir les pertes par effet joule.
Pour le transfo je vais prendre un cas:
En entrée 240V et 1 A. Ce courant électrique circule dans un bobinage constitué de 240 spires.
En sortie l'on a 12 spires donc l'on obtient en sortie 12V et 20 A.
Donc si par la suite on fait circuler ce courant de 12V et 20A dans un électroaimant, il sera plus puissant que s'il était alimenté par du 240V et 1A pourtant l'on a pas augmenté la puissance électrique. Ce raisonnement est-il correcte ?

[gts2]

@Dynamix, OK et merci pour la précision.

[invite6112338b]

Comment ça l'intensité dépend de ce que l'on branche dessus ? Si l'alternateur EPR fournit 23kV et 48kA il fournit ces 2 grandeurs peu importe ce que l'on branche dessus non ?

[gts2]

Je croyais que la tension et l'intensité fournit par un générateur dépendaient seulement du couple et de la vitesse du stator. Par exemple pour l'alternateur de l'EPR, je pensait qu'il fournissait 23kV et 48kA peu importe la résistance.

Oui pour la première phrase, mais un alternateur est régulé : il tourne à vitesse constante (pour assurer le 50 Hz), donc si le courant de sortie change parce quelqu'un a basculé un interrupteur, une régulation se met en route pour rééquilibrer le tout : somme des couples nulle et donc on change la puissance du réacteur (cela c'est la régulation à long terme, on ne change pas la puissance d'un réacteur en tournant un bouton).

Pour le transfo je vais prendre un cas:
En entrée 240V et 1 A. Ce courant électrique circule dans un bobinage constitué de 240 spires.
En sortie l'on a 12 spires donc l'on obtient en sortie 12V et 20 A.
Donc si par la suite on fait circuler ce courant de 12V et 20A dans un électroaimant, il sera plus puissant que s'il était alimenté par du 240V et 1A pourtant l'on a pas augmenté la puissance électrique. Ce raisonnement est-il correcte ?

Cela commence mal : on n'a pas de générateur de ce type, voir mes remarques et les précisions de @Dynamix.

Du coup en sortie d'un générateur U=R.I est respecté ?

Si la charge est purement résistive oui.

la résistance du circuit auquel il soumet 23kV et 48kA permettait juste de définir les pertes par effet joule.

Si le circuit est purement résistif, OK pour effet Joule, mais le courant est imposé par U=RI.