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Force électromagnétique (force de Laplace)

Posté par
Jezebel
21-05-08 à 10:51


Hola les matheux =),
j'ai un problème -_-'.

Après m'être retournée la main droite dans tous, mais alors tous les sens dans le train, j'en arrive à la conclusion suivante : j'ai un gros problème pour commencer mon DM de Physique.

Voici le début de l'énoncé :

Citation :
Le moteur à entrefer plan est un moteur à
courant continu dont le rotor est un disque mince,
portant un bobinage constitué de lamelles
conductrices. Le stator est pourvu d'aimants
permanents, permettant la production d'un champ
magnétique intense. Le courant est amené par une
ou plusieurs paires de balais frottant directement sur
le bobinage.
Le principe de fonctionnement de ce moteur est
schématisé ci-contre.
1. a. Déterminer la direction et le sens de la force de
Laplace qui s'exerce sur une lamelle lorsqu'elle passe dans le champ magnétique de l'entrefer de l'aimant et se trouve en contact avec le balai.
b. Pourquoi cette force permet-elle au disque de tourner autour de l'axe de rotation?


Et la figure qui va avec, en pièce jointe...

Voilà, en utilisant ma main droite avec :
Pouce --> Pousser donc Force
Index --> Intensité
Majeur --> Magnétisme
Est-ce quelqu'un peut me dire comment je dois orienter ma main... parce que je dois avouer que je sèche .

Voilà,
merci d'avance,

Jez.

Force électromagnétique (force de Laplace)

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 11:03

Bonjour,

Place ta main droite contre ton sternum et tourne la paume vers le haut ; chacun des trois doigts étant perpendiculaire au plan formé par les deux autres.

Le majeur, contre ton sternum, vers le haut : en effet le champ magnétique va, à l'extérieur de l'aimant, du pôle Nord vers le pôle Sud, donc ici du bas vers le haut

L'index pointe vers ta gauche ; en effet le courant circule depuis le balai (positif) vers l'axe du disque (négatif)

En conséquence le pouce désigne dans le plan du disque un sens qui s'éloigne de toi vers le devant ; cela te donne le sens de rotation du disque ! (Vu de haut il tourne dans le sens trigonométrique direct ou encore en sens inverse du sens des aiguilles d'une montre)

Sauf étourderie...

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 12:56


Ouch -_-' . Ben dis-moi, j'aurai pu la tourner encore longtemps ma main! J'y étais pas du tout, du tout, du tout.

Donc si je comprends bien, mon champ magnétique B, je le représente par le symbole... "une croix dans le rond" puisqu'il s'éloigne de moi ?

Et est-ce que je peux encore abuser de ta gentillesse en demandant en quoi cette force permet de faire tourner le disque autour de l'axe de rotation ?

Merci =).
La seconde partie de l'exo est constituée que de calculs... ça sera plus simple pour moi je crois =).

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 13:35

Je n'avais pas fait attention au symbole dans ton dessin de gauche (la vue de dessus) : \bigotimes

Ce symbole, puisque la vue est de dessus, signifierait que le sens du champ magnétique est du haut vers le bas. Or ceci est en contradiction avec la figure de droite, que j'ai utilisée pour mon message de 11 h 03 : le pôle Nord est en dessous et le pôle Sud au dessus, donc le sens du champ est du bas vers le haut

Sur la figure de gauche, vue de dessus, le symbole devrait être : \bigodot

Tu as compris que la force électromagnétique est une force dans le plan du disque, perpendiculaire au rayon dans lequel circule le courant. Comme cette force n'existe que sur ce rayon, le disque va tourner.

Si tu tiens une roue de vélo dans un plan horizontal et que tu appliques une force sur un rayon... la roue se met à tourner !

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 13:59


Donc si j'ai bien compris, les deux illustrations ne sont pas en accord ? Erf, c'est naze. Déjà que je trouve ça dur, mais si en plus l'énoncé n'est pas exact, ça ne m'aide guère ^^.

Je vais me fier au schéma de droite alors, comme toi, et reconsidérer celui de gauche avec ta modification.

Merci beaucoup =). Je repasse si j'ai un soucis avec les formules et les applications numériques alors .

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 14:59


Ouh la la, c'est naze... =(
C'est dans des jours comme ça que je me demande quand même ce que je fais en S hein...

Voici la suite de l'énoncé, car visiblement, même la partie calcul ça me parle pas... quoique je propose quand même, mais sans certitude, aucune.

Citation :
2. En fait, les lamelles sont disposées en vis-à-vis sur les deux faces du disque. Le courant doit-il être dans le même sens ou en sens contraire, de part et d'autre du disque, pour améliorer l'efficacité du moteur?
3. Le constructeur donne comme caractéristiques du moteur pour une vitesse de rotation de 3000
tours/min :
• tension nominale aux bornes U = 172 V;
• intensité nominale I = 14,8 A;
• résistance interne r = 0,9 Ω;
• puissance mécanique utile Pu = 2200 W.
a. Quelle est la puissance électrique Pe fournie au moteur?
b. Quelle est le rendement de ce moteur η?
c. La loi de fonctionnement du moteur est U = E + rI. Calculer E à 3000 tours/min.
d. La puissance électromécanique convertie est Pm = EI. Que représente la différence Pm-Pu?


Donc, la question 2, je n'en ai aucune idée.

Ensuite j'ai :

3a) Le générateur cède Pe au moteur, donc : Pe=UI=172x14.8=2545.6 W.

3b) n=Pu/Pe x 100= 2200/2545.6 x 100= 86.4% .

3c) Là j'ai un problème... dans l'énoncé, on me parle de la vitesse du moteur, et moi j'en fais abstraction... en toute logique, j'ai donc faux :
U = E x rI donc E = U/rI = 172/0.9 x 14.8= 12.91 V.

3d) La différence Pm-Pu représente les pertes d'électricités causées par le moteur.


Voilou, c'est tout ce que j'ai à proposer.
Si tu as le temps d'y jeter un coup d'oeil, n'hésite pas à me dire si quelque chose te semble incorrect (il y en aura forcément de toute façon).

Merci encore.

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 15:07

Question 2 :

Le courant sur la face supérieure du disque va de la droite (balai) vers la gauche (axe du disque).

Quelle serait la direction de la force sur un conducteur placé à la face inférieure du disque si le courant allait de l'axe (à gauche) vers le balai (à droite) ?

Conclusion pour cette question 2...

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 15:18

Questions 3a et 3b : d'accord

Question 3c : U = E + rI (et non pas U = E rI) ; recommence !

Question 3d : ta réponse ne veut vraiment rien dire ; l'électricité ne se perd pas...
Une puissance électrique est fournie et est :
. convertie pour partie en puissance thermique dans la résistance interne du moteur
. convertie pour l'autre partie en puissance électromécanique

Mais la puissance mécanique utile n'est pas toute la puissance électromécanique. Que proposes-tu pour cela ?

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 15:31


Oups l'étourdie que je fais!
Donc je reprends :

3c) U = E + rI alors E = U - rI = 172 - 0.9*14.8 = 158.68 W alors ?

3d ) En fait, la différence Pm-Pu représente la puissance dissipée par Effet Joule, c'est ça ? Donc Pm-Pu = Pj ...

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 15:34

Encore des étourderies...

Quelle est l'unité de la force contre-électromotrice ? (ce n'est pas le watt)

3d) la puissance dissipée par effet Joule est la différence Pe - Pm

On te demande d'avoir des propositions pour la différence Pm - Pu

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 15:49


Ah oui... E s'exprime en Volt, si je ne m'abuse ?

3d)
On a dit que Pe était cédé au moteur par le générateur donc...
Je tourne en rond en fait.
Si je shématise, ça me donne grosso modo cela, n'est-ce pas ? :
G --> Pe ---> M --> Pu
...
Non c'est pas ça. Il est là le problème en fait : c'est pas clair... je ne sais pas où est mon Pm...

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 15:56

Oui, E s'exprime en volts
______________

Pe, puissance électrique consommée par le moteur
(pertes par effet Joule dans le moteur) ; il reste : Pm, puissance électromécanique
(pertes par ... ? ...) ; il reste : Pu, puissance mécanique utile

A quel type de pertes penses-tu entre Pm et Pu ?

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 16:12


A quel type de pertes je pense entre Pm et Pu... je reviens toujours à l'énergie thermique.

Je tiens quand même à te remercier pour ta patience... moi y'a déjà bien longtemps que je serais allée chercher une corde ! Je vais peut-être y aller d'ailleurs ...

Bon, Pm ---> Pu ... qu'est-ce que je peux avoir entre ? Je vois pas.
...
C'est quoi qui est sensé être en jeu là ? Le générateur, c'est réglé. Le moteur, il nous donne Pm, donc c'est réglé... mais entre Pm et Pu, j'ai quel genre de "récepteur" cette fois ?

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 16:17

La corde n'est pas un bon conducteur de l'électricité
_______________

Imagine ce qui se passe aux balais : ça frotte ! et de l'énergie mécanique est consommée qui ne sera pas utilisable.

Si les balais sont si fortement serrés qu'ils empêchent le disque de tourner, il n'y aura même plus d'énergie mécanique du tout.

Donc : entre Pm et Pu il y a des pertes mécaniques, en particulier aux balais (mais aussi pour la rotation de l'axe...)

Posté par
Jezebel
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 16:34


De l'énergie mécanique alors... Ouh ben j'étais loin de dire ça. Heureusement que tu as abandonné l'idée de me laisser trouver [presque] par moi-même, car ça serait jamais sorti .

En tout cas, merci merci beaucoup pour ton temps et ton infinie patience, c'est super sympa de ta part .

Posté par
Coll Moderateur
re : Force électromagnétique (force de Laplace) 21-05-08 à 16:36

Je t'en prie.
A une prochaine fois !



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