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Exercice Electromagnétisme

Posté par
LilianB
13-11-13 à 15:40

Bonjour,
Je fais un devoir d'éléctromagnétisme et un des exo me bloque:
(je vous met l'énoncé puis ce que j'ai fait etc..)

En fait j'aimerais bien que vous m'aidiez pour la ou je bloque, et que, si possible, vous me dites si j'ai oublier de dire des trucs la ou je pense avoir répondu juste.

II- Probleme A

1) On considère un solénoïde de longueur l_1 d'axe z'z comportant n spires par unité de longueur, parcourues par un courant d'intensité constante I_1 orienté comme sur la figure ci dessous. On suppose que la longueur l_1 est très grande devant le rayon R_1 des spires.
Le champ magnétique à l'intérieur du solénoïde est \vec{B} = \mu_0 * n * I_1 \vec{e_z}.

(a) Calculer le flux magnétique à travers une spire, puis le flux propre \phi du solénoïde.
En déduire l'expression du coefficient dauto-induction L_1


=>Pour une spire
\phi_B = \int\int_\Sigma \vec{B}. \vec{dS}
\phi_B = B.S

Donc pour N spires

\phi_B = N.B.S avec n = \frac{N}{l_1}

Or B = \mu_0 * n * I_1 = \mu_0 * \frac{N}{l_1} * I_1 donc \phi_B = N.B.S = \frac{\mu_0 * N^2 * S * I1}{l_1}

Aussi, \phi_B = L_1 * I_1

On en déduit L_1 = \frac{\mu_0 * N^2 * S}{l_1} avec S la surface d'une spire

(b) Donner l'espression de la densité volumique d'energie magnétique puis calculer l'energie magnétique propre du solénoïde. Retrouver l'expression de L_1.

Alors pour moi la densité volumique d'energie magnétique c'est:

\rho_m = \frac{1}{2\mu_0} * B^2

Du coup L'energie magnétique propre du solénoïde ce serait

\rho_m * V = \rho_m * S * l_1 = \frac{1}{2\mu_0} * B^2 * S * l_1 = \frac{1}{2} * \mu_0 * \frac{N^2}{l_1} * S * I_1^2

Or elle est aussi égale a \frac{1}{2} * L_1 * I_1^2

D'ou

L_1 = \frac{\mu_0 * N^2 * S}{l_1}

2)On place à l'intérieur de ce solénoïde une bobine plate de surface S_2, constituée de N_2 spires circulaires de rayon R_2 < R_1, parcourues par un courant d'intensité I_2 constante (voir figure). Cette bobine, de coefficient d'auto-induction L_2, est mobile autour d'un axe diamétral \Delta, de vecteur unitaire \vec{e_\Delta}, perpendiculaire a z'z. On désigne par \theta l'angle que fait avec z'z la normale unitaire \vec{n_2} au plan de la bobine plate et par M(\theta) le coefficient d'induction mutuelle des deux circuits

(a) Calculer le flux du champ magnétique \vec{B_1} créé par le solénoïde à travers la bobine plate. En déduire M(\theta).

Flux de 1 (le solénoïde) à travers 2 (la bobine plate):
\phi_21 = \int\int_\Sigma2 \vec{B_1} \vec{dS_2} = M(\theta) * I_1
\phi_21 = \int\int_\Sigma2 \vec{B_1} \vec{n_2} dS_2
\phi_21 = N * B_1 * S_2 * cos(\theta)

Puis en remplacant B_1 par son expression vu plus haut on a:

\phi_21 = \mu_0 * \frac{N^2}{l_1} * S_2 * cos(\theta) * I_1

On en déduit

M(\theta) = \mu_0 * \frac{N^2}{l_1} * S_2 * cos(\theta)

(b) En utilisant le théorème de Maxwell, déterminer le travail élémentaire des forces magnétiques qui s'exercent sur la bobine plate

La je bloque en revanche..
Alors je pensais utiliser \vec{F_m} = q * (\vec{v} \wedge \vec{B_1})

Et après faire dW_m = \vec{F_m} . \vec{dl} mais ça donne pas grand chose

3) La bobine plate constitue un circuit fermé et n'est reliée à aucune source de courant. Elle est maintenue immobile dans la position \theta = 0. Le solénoïde est maintenant parcouru par un courant sinusoïdal de basse fréquence, d'intensité i_1(t) = I_0 * cos(\omega t)


(a) Calculer la f.é.m e(t) induite dans la bobine plate à l'aide de la loi de Faraday

Alors la loi de Faraday nous donne

e_2(t) = -\frac{d\phi_21}{dt}

Or \phi_21 = M(\theta=0) * i_1(t) = \mu_0 * \frac{N^2}{l_1} * S_2 * i_1(t)

D'où e_2(t) = - M(\theta=0) * \frac{di_1(t)}{dt}

=> e_2 = \mu_0 * \frac{N^2}{l_1} * S_2 * \omega * sin(\omega t)

(b) Sachant que le potentiel vecteur à l'intérieur du solénoide a pour expression
\vec{A_1}(t) = \frac{\mu_0 * n * I_1 * \rho}{2} \vec{e_\phi} avec 0 < \rho < R_1

Calculer le vecteur champ electromoteur \vec{E_2}(t) induit dans la bobine plate. Retrouver l'expression de la f.é.m induite.


La je sais pas du tout comment prendre le truc.. j'vois meme pas comment utiliser le vecteur potentiel \vec{A_1}(t)

Je vous met le schema dans un deuxieme post parce-que lui est deja bien long... Merci à ceux qui auront la patience de me lire et de m'aider

Posté par
LilianB
re : Exercice Electromagnétisme 13-11-13 à 15:49

Voila donc le schéma donné correspondant à l'exercice
Désolé si on voit pas bien mais reduire une image de plusieurs Mo à seulment 80ko ça joue sur la qualité ^^'

Exercice Electromagnétisme

Posté par
nazariodalima
svp 13-11-13 à 22:29

svp tu peux m'aider de résoudre cet exercice : en utilisant le theoreme d'ampire calculer le champ a lintérieur d'un solénoide de sections S de longueur L ayant n spires par unité de longueur et parcouru par un courant I=Imax sin(Wt-fi)
calculer le flux transversant cette bobine
calculer la force electro motrice aux bornes de cette bobine
une spire circulaire de rayon r=2cm,est placé à l'intérieur de ce solénoide tel que sa normale fait un angle alpha avec B
calculer l'inductance mutuelle entre les deux circuits
merci d'avance



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