Un électro-aimant est un type d'aimant dans lequel le champ magnétique est produit par le passage d'un courant électrique. Si le flux de courant électrique disparaît, le champ magnétique et son effet résultant disparaissent également.
L'utilité de créer un champ électromagnétique est visible particulièrement dans des ensembles électriques (moteur électrique, le générateur, radio, télévision, etc.)
Ces dispositifs électriques sont utilisés pour générer des forces magnétiques contrôlables dans des applications industrielles telles que les grues électromagnétiques et les systèmes de tri. De plus, ils jouent un rôle crucial dans la technologie médicale, permettant la création d'images détaillées en imagerie par résonance magnétique (IRM) et dans les thérapies de stimulation magnétique.
Dans la recherche scientifique, les électroaimants sont essentiels dans des domaines tels que la physique. Sa capacité à modifier et à contrôler les champs magnétiques a alimenté l'innovation dans un large éventail de domaines, des transports à la médecine en passant par la recherche avancée.
Types d'électroaimants
Il existe différents types d'électroaimants selon le sens du courant et la puissance souhaitée. Parmi eux, nous soulignons ceux du courant circulaire, du courant continu, du rectangulaire et du lecteur.
Électroaimants à courant circulaire
Ces électroaimants ont un fil enroulé en spirale ou en cercle. Le courant électrique circule le long de cette spirale circulaire, générant un champ magnétique dans une direction perpendiculaire au plan du cercle.
Ils sont utilisés dans des applications où un champ magnétique est nécessaire dans une zone spécifique et dans une direction particulière.
Électroaimants à courant contiu
Ceux de ce type fonctionnent avec un courant électrique constant et unidirectionnel. Le courant circule dans une seule direction à travers le fil enroulé, créant un champ magnétique constant.
Ceux à courant continu sont courants dans les applications où une force magnétique constante est requise, comme les relais électromagnétiques.
Électroaimants rectangulaires
Les rectangulaires ont un design en forme de rectangle. Le courant électrique circule à travers le fil enroulé autour du périmètre du rectangle.
Ces électroaimants sont utilisés dans des situations où l'on cherche à générer un champ magnétique dans une direction précise ou pour des applications où la forme rectangulaire est plus appropriée.
Électroaimants d'entraînement
Ils sont utilisés pour exercer une force ou un mouvement contrôlé en réponse aux changements de courant électrique. Ils sont courants dans les dispositifs d'entraînement tels que les solénoïdes pour ouvrir et fermer les vannes, activer les interrupteurs ou produire des mouvements précis dans les systèmes automatisés.
Fonctionnement d'un électroaimant
Un électroaimant fonctionne grâce à la propriété que connaissent tous les conducteurs électriques. Lorsqu'un courant traverse un conducteur, il crée un champ magnétique.
L'électro-aimant le plus simple est un morceau de fil métallique enroulé en une bobine. Une bobine cylindrique avec le fil enroulé en forme d'hélice (semblable à un tire-bouchon en forme de tire-bouchon) est souvent appelée solénoïde; un solénoïde fermé serait un toroïde. Les extrémités du câble sont connectées à une source d'alimentation.
Des champs magnétiques plus forts peuvent être produits si un noyau d'un matériau paramagnétique ou ferromagnétique est placé à l'intérieur de la bobine, généralement un noyau de fer doux est utilisé. Le noyau concentre le champ magnétique de sorte qu'il sera plus fort que s'il n'y avait que l'enroulement de la bobine.
Un électro-aimant peut fonctionner aussi bien en courant alternatif qu'en courant continu.
Les champs magnétiques générés par les bobines suivent une forme de règle de la main droite. Si les doigts de la main gauche sont pliés dans le sens du flux du courant électronique à travers la bobine, le pouce pointe dans le sens de la force magnétique.
Le côté de l'aimant d'où proviennent les lignes de champ est considéré comme le pôle Nord.
Exemples d'électroaimants
Ces éléments peuvent être utilisés directement ou indirectement. Dans les deux cas, nous pouvons trouver les exemples suivants :
1. Moteurs et générateurs électriques
Dans les générateurs et moteurs électriques, l'électroaimant est utilisé pour créer un champ électromagnétique que l'on peut contrôler (inducteur) ou un collecteur de courant électrique, qu'on appelle l'induit.
Les moteurs électriques utilisent des électroaimants pour convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Lorsque le courant est activé, il crée un champ magnétique qui interagit avec les aimants du moteur pour créer une force de rotation.
Le fonctionnement d'un générateur électrique repose sur le principe de l'induction électromagnétique. La quantité de courant généré dépend de la force du champ magnétique, de la vitesse à laquelle le conducteur se déplace et de la taille du conducteur.
2. Dispositifs de communication
De nombreux appareils de communication utilisent des électroaimants. Par exemple, le microphone d'un téléphone convertit les ondes sonores en signaux électriques qui sont envoyés le long d'un fil au haut-parleur à l'autre bout de l'appel.
De même, les antennes des radios et des téléviseurs reçoivent les ondes électromagnétiques des stations de radiodiffusion et les convertissent en signaux électriques qui peuvent être amplifiés et envoyés aux haut-parleurs.
3. Portes automatiques
Les portes automatiques utilisent cette technologie pour maintenir une porte fermée, assurant ainsi son ouverture lors d'une panne de courant. Dans la gâche électrique d'une porte, l'électroaimant génère un circuit magnétique qui tire le loquet bloquant la serrure.
4. Moteurs à combustion interne
Les injecteurs d'essence et gazole des moteurs actuels sont des électroaimants. Ces dispositifs sont pilotés électroniquement. Si le calculateur veut injecter du carburant, le système du contrôle fournit un courant électrique à l'électro-aimant, l'aiguille bouchant le trou d'injection recule laissant ainsi entrer l'essence. L'aiguille est remise en place par un ressort à la disparition du courant.
5. Enregistreurs magnétiques
Dans les enregistreurs magnétiques (magnétophone, magnétoscope, etc) ce dispositif s'utilise à magnétiser les particules métalliques d'une certaine manière. Pendant que le support magnétique (bande ou disque) défile devant une tête magnétique à une vitesse contrôlée, un courant électrique (image) de la source à enregistrer passe dans la tête transférant ainsi l'information sous forme magnétique.
Pour la lecture, le support défile de nouveau devant la tête magnétique, dans laquelle les variations de champ magnétique induisent un courant électrique, qui est amplifié et adapté pour être restitué dans sa forme originale.
