Effet moteur

Presque tous les appareils ménagers sont équipés de moteurs électriques, y compris les sèche-cheveux, les lave-linge et les ventilateurs. Mais t'es-tu déjà demandé comment fonctionnent les moteurs électriques ? Plus précisément, comment produisent-ils la force qu'ils délivrent et pourquoi ne font-ils pas de bruit ? Tout repose sur l'effet moteur, une interaction entre un fil conducteur de courant et un champ magnétique. Cette interaction produit une force sur le fil, et c'est cette force que nous pouvons utiliser dans toutes sortes de situations pratiques ! Apprends à connaître l'effet moteur dans cet article.

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Quelles sont les quantités de la règle de gauche de Fleming ?

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Si nous plaçons un fil de 1 m de long transportant un courant de 5 A le long des lignes de champ magnétique d'un champ magnétique externe de 1 T, que pouvons-nous dire de la force exercée sur le fil ?

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Cite 2 façons d'augmenter la force magnétique sur un fil conducteur de courant.

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Vrai ou faux ? Si l'angle entre le fil et les lignes du champ magnétique double, la force sur le fil double.

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Vrai ou faux ? Si le courant qui traverse le fil double, la force sur le fil double.

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Vrai ou faux ? Si le champ magnétique s'affaiblit, la force exercée sur le fil augmente.

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Si un aimant en fer à cheval est positionné avec son pôle nord au-dessus de son pôle sud, et que tu poses un fil conducteur de courant entre ses pôles avec le courant allant de droite à gauche, dans quelle direction la force sur le fil sera-t-elle ?

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Tu places un fil horizontalement devant toi avec un courant de gauche à droite. Il commence à léviter. Que peux-tu conclure sur le champ magnétique à proximité du fil ?

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    Définition de l'effet moteur

    Lorsqu'un aimant en fer à cheval est placé autour d'un fil conducteur, le fil dévie ! Il est évident que quelque chose exerce une force sur le fil pour le faire dévier. Cette force existe en raison de l'interaction entre l'électricité dans le fil et le champ magnétique de l'aimant en fer à cheval. L'effet moteur décrit comment l'électricité et les aimants peuvent travailler ensemble pour créer une force magnétique. Cette force magnétique est à la base de tous les moteurs électriques, d'où le nom d'"effet moteur".

    L'effet moteur est le phénomène de génération d'une force sur un fil conducteur de courant en présence d'un champ magnétique externe.

    Causes de l'effet moteur

    La base de l'effet moteur est le fait qu'un courant électrique circulant dans un fil produit un champ magnétique.

    Rappelle qu'un fil conducteur de courant est entouré d'un champ magnétique cylindrique (comme expliqué dans l'article "Champs électriques des courants électriques"). Si tu places le fil conducteur de courant à l'intérieur d'un champ magnétique externe, le champ magnétique cylindrique qui accompagne le courant interagira avec le champ magnétique externe. C'est cette interaction qui produit une force sur le fil : c'est exactement comme la force entre deux barreaux aimantés qui est causée par l'interaction de leurs champs magnétiques !

    Effet moteur : Direction de la force

    Tu peux utiliser la règle de la main gauche de Fleming pour déterminer la direction de la force dans l'effet moteur si tu connais la direction du courant et le champ magnétique externe impliqué. La règle de la main gauche de Fleming stipule que, si tu tiens ta main gauche comme dans l'image ci-dessous, ton pouce indique la direction de la force, ton index indique la direction du champ magnétique externe et ton majeur indique la direction du courant. Nous voyons que la direction de la forceFest toujours perpendiculaire au plan dans lequel se trouvent à la fois le champ magnétiqueBet le courantIse trouvent.

    Entraîne-toi à utiliser la règle de la main gauche de Fleming jusqu'à ce que tu obtiennes systématiquement des réponses correctes aux questions concernant le sens des grandeurs dans l'effet moteur.

    Effet moteur Règle de la main gauche de Fleming StudySmarter

    La règle de Fleming indique la direction de la force exercée sur un conducteur parcouru par un courant dans un champ magnétique externe, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0

    Si un courant circule du sud vers le nord et que les lignes du champ magnétique (du champ magnétique dans lequel se trouve le fil) vont de l'ouest vers l'est, la force exercée sur le fil est dirigée vers le bas. Vérifie cela avec la règle de la main gauche de Fleming !

    Formule de l'effet moteur

    Non seulement nous voulons connaître la direction de la force exercée sur le fil, mais nous voulons aussi savoir quelle est l'importance de cette force. Si le fil est perpendiculaire aux lignes du champ magnétique, la formule de l'effet moteur relie le courant qui traverse le fil, la longueur du fil qui se trouve dans le champ magnétique et l'intensité du champ magnétique à la force que subit le fil.

    force on the wire = magnetic field strength × current through wire × length of wire in magnetic field.

    En utilisant des symboles, nous obtenons l'équation

    F=BIl,

    • Fest la force exercée sur le fil enN(newtons),
    • Best l'intensité du champ magnétique enT(teslas),
    • Iest le courant qui traverse le fil enA(ampères),
    • lest la longueur du fil enm(mètres) qui se trouve dans le champ magnétique externe.

    C'est une formule logique, car plus le champ magnétique est fort, ou plus le courant électrique est élevé, ou plus le fil se trouve dans le champ magnétique, plus la force exercée sur le fil est importante.

    Si le fil n'est pas perpendiculaire au champ magnétique, il faut ajouter un terme à la droite de la formule.sinθau côté droit de l'équation - oùθest l'angle entre le fil et le champ magnétique, illustré dans le diagramme ci-dessus :

    F=BIlsinθ.

    Cela permet de s'assurer que nous ne prenons que la composante du courant qui est perpendiculaire au champ magnétique.

    Un fil transportant un courant deI=5 Ad'une longueur de5 mest partiellement suspendu dans un champ magnétique d'une intensité deB=0.2 T. La partie du fil qui se trouve dans le champ magnétique mesure40 cmde longueur.

    Dans ce cas, nous ne considérons que la section du fil qui se trouve dans le champ magnétique, donc :

    F=BIl,

    F=0.2 T×5 A×0.4 m=0.4 N.

    Schéma de l'effet moteur

    Tu trouveras ci-dessous un schéma de l'effet moteur, où le pôle nord de l'aimant en fer à cheval est rouge et son pôle sud est vert. Le diagramme montre la direction de la force qui résulte de la direction du champ magnétique et du courant.

    Effet moteur diagramme d'effet moteur StudySmarterDiagramme de l'effet moteur pour un courant dans le fil, un champ magnétique dans le fil et une force sur le fil, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0.

    Expériences sur l'effet moteur

    Il existe d'innombrables applications de l'effet moteur dans les appareils électromécaniques de tous les jours. Tu trouveras ci-dessous quelques exemples d'expériences simples démontrant l'effet moteur.

    L'expérience la plus simple que tu puisses faire pour démontrer l'effet moteur est de te procurer un aimant en fer à cheval et un fil électrique. Si tu places le fil entre les deux pôles de l'aimant en fer à cheval et que tu fais passer un courant dans le fil, l 'effet moteur créera une force sur le fil, et le fil déviera (si la force est assez grande pour surmonter le poids et la friction du fil).

    Une autre expérience consiste à utiliser une pile, un petit aimant en forme de disque et un fil conducteur. Le montage est illustré dans la figure ci-dessous : nous plaçons l'aimant sous la pile, et nous plions et positionnons le fil comme indiqué.

    • Les lignes du champ magnétique iront vers le haut et vers l'extérieur à partir de l'aimant, de sorte que le champ magnétique sera dans des directions opposées des deux côtés du fil.
    • Le courant ira du haut vers le bas (parce que la borne positive de la batterie est en haut), donc le courant ira vers le bas partout dans les parties verticales du fil.
    • La force magnétique générée sur le fil est donc opposée de chaque côté, de sorte que le fil commence à tourner autour de la pile.

    Effet moteur Batterie moteur expérience StudySmarter

    Dispositif expérimental pour démontrer l'effet moteur, Wikimedia Commons CC BY-SA 4.0.Cette expérience convertit l'énergie chimique stockée dans la pile en énergie cinétique stockée dans le fil à l'aide de l'effet moteur. Nous voyons maintenant que l'effet moteur porte bien son nom, car cette expérience crée une forme rudimentaire de moteur électrique !

    Effet moteur - Principaux enseignements

    • L'effet moteur est la force magnétique qui s'exerce sur un fil conducteur de courant dans un champ magnétique.
    • L'effet moteur est le résultat de l'interaction entre le champ magnétique d'un fil conducteur de courant et un champ magnétique externe.
    • La direction de la force peut être déterminée à l'aide de la règle de Fleming.
    • La formule de l'effet moteur t'indique l'importance de la force exercée sur un fil conducteur de courant perpendiculairement à un champ magnétique :F=BIl.
    • L'équation de l'effet moteur montre que pour augmenter la force, nous pouvons : augmenter la force du champ magnétique, faire passer un courant plus élevé dans le fil, ou utiliser une plus grande longueur de fil dans le champ.
    • Voici deux expériences simples pour démontrer l'effet moteur :
      • Placer un fil conducteur de courant entre les pôles d'un aimant en fer à cheval ;
      • Fabriquer un moteur simple en installant une batterie avec un aimant et un fil attaché comme indiqué dans la figure ci-dessus.
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    Questions fréquemment posées en Effet moteur
    Qu'est-ce que l'effet moteur en physique ?
    L'effet moteur en physique désigne le phénomène par lequel un moteur convertit de l'énergie, souvent électrique, en travail ou en mouvement mécanique.
    Comment fonctionne l'effet moteur ?
    L'effet moteur fonctionne en transformant l'énergie électrique en énergie mécanique grâce à des interactions magnétiques et des courants électriques.
    Quels sont les exemples d'effet moteur ?
    Les exemples incluent les moteurs électriques, comme ceux des ventilateurs, des voitures électriques, et des machines industrielles.
    Quels types d'énergie sont convertis par l'effet moteur ?
    L'effet moteur convertit principalement l'énergie électrique en énergie mécanique, mais peut aussi convertir d'autres formes, comme l'énergie thermique en énergie mécanique.

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