Fiche 14 – Électro-aimant & Applications
Bobine + noyau ferromagnétique – champ amplifié – utilisations pratiques.
Objectif : comprendre le fonctionnement d’un électro-aimant, maîtriser l’effet du noyau ferromagnétique et connaître ses principales applications en électricité et en électromécanique.
1. Qu’est-ce qu’un électro-aimant ?
Un électro-aimant est un dispositif constitué :
- d’une bobine parcourue par un courant I,
- d’un noyau ferromagnétique (fer, acier doux…),
- produisant un champ magnétique intense et contrôlable.
Sans courant → pas de champ ; Avec courant → création d’un champ puissant.
2. Rôle du noyau ferromagnétique
L’introduction d’un noyau ferromagnétique dans une bobine :
- augmente fortement la perméabilité magnétique (µ = µ₀ µr),
- dilate les lignes de champ (elles se concentrent dans le fer),
- multiplie l’intensité du champ par un facteur µr ≫ 1.
Expression du champ :
Le noyau agit comme un amplificateur magnétique.
3. Aimant en U (structure classique)
Un électro-aimant en forme de U permet :
- de canaliser les lignes de champ,
- d’augmenter la force d’attraction entre les deux pôles,
- d’obtenir une zone où B est presque constant.
Les pôles rapprochés créent un fort gradient de champ → idéal pour attirer des objets ferromagnétiques.
4. Attraction des objets ferromagnétiques
L’électro-aimant attire :
- clous, tiges, pièces métalliques,
- particules ferromagnétiques,
- structures mécaniques sensibles.
La force magnétique résulte :
- de l’alignement des domaines magnétiques dans le noyau,
- du champ très intense produit par la bobine.
5. Applications des électro-aimants
a) Dispositifs électromécaniques
- relai électromagnétique,
- contacteur,
- serrure magnétique,
- haut-parleurs,
- galvanomètres.
b) Applications de force magnétique
- levage de pièces métalliques lourdes,
- systèmes de tri magnétique,
- grues électromagnétiques industrielles.
c) Dispositifs éducatifs et expérimentaux
- expériences de Barlow,
- dispositifs d’attraction/déviation,
- montages de démonstration de l’induction.
6. Contrôle du champ magnétique
Le champ d’un électro-aimant peut être réglé en agissant sur :
- le courant I : plus I est grand → B augmente,
- le nombre de spires N : plus N est grand → B augmente,
- la perméabilité du noyau µr,
- la géométrie du circuit magnétique.
7. À retenir absolument
- Un électro-aimant = bobine + noyau ferromagnétique.
- Le champ est amplifié : B = µ₀ µr n I.
- Le noyau concentre les lignes de champ.
- Dispositif réversible : sans courant → pas de champ.
- Applications variées : relais, serrures, grues, haut-parleurs, démonstrations.
- Le champ peut être ajusté en modifiant I, N ou µr.