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Fiche 14 – Électro-aimant & Applications (Terminale)
Réussite Haïti – Physique NS4

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 :

B = µ₀ µr n I

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.