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Courants de Foucault

On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique extérieur traversant ce milieu (le flux du champ à travers le milieu), soit par un déplacement de cette masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un corps : l'une quantifie l'inertie du corps (la masse...) dans un champ magnétique (En physique, le champ magnétique (ou induction magnétique, ou densité de flux magnétique) est une grandeur caractérisée par la donnée d'une intensité et d'une direction,...) constant. Ils sont une conséquence de l'induction magnétique (Le phénomène d'induction électromagnétique (ou induction magnétique ou, simplement, induction) a pour résultat la production d'une différence de...).

Ce phénomène a été découvert par le physicien (Un physicien est un scientifique qui étudie le champ de la physique, c'est-à-dire la science analysant les constituants fondamentaux de l'univers et les forces qui les relient. Le mot...) français Léon Foucault en 1851.

Principe

Le champ (Un champ correspond à une notion d'espace défini:) magnétique variable (En mathématiques et en logique, une variable est représentée par un symbole. Elle est utilisée pour marquer un rôle dans une formule, un prédicat ou un algorithme. En...) au cours du temps (Le temps est un concept développé par l'être humain pour appréhender le changement dans le monde.) est responsable de l'apparition d'une force électromotrice (Lorsque le flux du champ magnétique qui traverse un circuit conducteur varie au cours du temps, il apparaît dans ce circuit une tension. La tension ainsi créée est orientée de façon à générer des courants...) à l'intérieur du milieu conducteur. Cette force (Le mot force peut désigner un pouvoir mécanique sur les choses, et aussi, métaphoriquement, un pouvoir de la volonté ou encore une vertu morale « cardinale » équivalent au courage (cf. les articles...) électromotrice induit (L'induit est un organe généralement électromagnétique utilisé en électrotechnique chargé de recevoir l'induction de l'inducteur et de la transformer en électricité (générateur) ou en force (moteur).) des courants dans la masse. Ces courants ont deux effets :

  • ils provoquent un échauffement par effet Joule (L'effet Joule est la manifestation thermique de la résistance électrique. Il se produit lors du passage d'un courant électrique dans tous matériaux...) de la masse conductrice ;
  • ils créent un champ magnétique qui s'oppose à la cause de la variation du champ extérieur (loi de Lenz).

Lorsque la variation de flux (Le mot flux (du latin fluxus, écoulement) désigne en général un ensemble d'éléments (informations / données, énergie, matière, ...) évoluant dans un sens commun. Plus précisément le terme est employé...) est due à un déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles orientés. En psychanalyse, le déplacement est mécanisme de défense déplaçant la...) du milieu devant un champ magnétique constant, les courants de Foucault (On appelle courants de Foucault les courants électriques créés dans une masse conductrice, soit par la variation au cours du temps d'un champ magnétique...) sont responsables de l'apparition de forces de Laplace qui s'opposent au déplacement, d'où l'effet de freinage observé.

Applications

  • Des systèmes de freinage à courants de Foucault sont utilisés notamment sur les véhicules poids (Le poids est la force de pesanteur, d'origine gravitationnelle et inertielle, exercée par la Terre sur un corps massique en raison uniquement du voisinage de la Terre. Elle est égale...) lourds et sur les autocars sous le nom de " ralentisseur ", ou sous le nom commercial (Un commercial (une commerciale) est une personne dont le métier est lié à la vente.) Telma, marque d'un important fabricant de ce système de freinage, ainsi que sur certains freins ferroviaires, notamment les TGV (Le TGV est une rame automotrice électrique d'origine française apte à circuler à des vitesses supérieures à 320 km/h en exploitation, mise au point par la SNCF et construite par la division transports de la société Alstom...).

Le premier brevet de ralentisseur (Un ralentisseur est un terme désignant une famille de dispositifs routiers obligeant l'automobiliste à ralentir et donc à redoubler de prudence. Dans le langage courant, ralentisseur signifie dos...) électromagnétique a été déposé par Steckel en 1903. Raoul Sarazin a réalisé en 1936 la première application pratique sur véhicule (Un véhicule est un engin mobile, qui permet de déplacer des personnes ou des charges d'un point à un autre.) d'un ralentisseur utilisant le principe des courants de Foucault. Des disques solidaires des roues sont encadrés par des électroaimants fixés au véhicule. Lorsque ils sont mis sous tension (La tension est une force d'extension.), les courants de Foucault vont freiner les disques. Ces freins apportent confort, sécurité et rentabilité grâce à la rareté des réglages (pas de contact, pas de frottement (Les frottements sont des interactions qui s'opposent à la persistance d'un mouvement relatif entre deux systèmes en contact.) mécanique). Enfin, ce type de freinage est d'autant plus efficace que la vitesse (On distingue :) est élevée. Il ne peut en aucun cas permettre le blocage d'un véhicule à l'arrêt.

  • On utilise en outre les propriétés des courants de Foucault dans le contrôle non destructif (Le Contrôle Non Destructif (C.N.D.) est un ensemble de méthodes qui permet de caractériser l'état d'intégrité de structures industrielles, sans les dégrader, soit au cours de la production (les...) ou dans les plaques de cuisson à induction, et même en métallurgie (La métallurgie est la science des matériaux qui étudie les métaux, leurs élaborations, leurs propriétés, leurs...) avec les fours à induction qui chauffent la masse métallique jusqu'à la faire fondre.
  • Le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif qui déplace de la matière en apportant de la...) à champ tournant est aussi basé sur ces courants.
  • Les compteurs de vitesse à aiguille utilisent également les courants de Foucault : un aimant (Un aimant est un objet fabriqué dans un matériau magnétique dur, c’est-à-dire dont le champ rémanent et l'excitation coercitive sont grands (voir ci-dessous). Cela lui donne des propriétés particulières comme d'exercer une force...) est relié à une roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) et est entouré par un tube métallique tenu par un ressort en spirale (En mathématiques, une spirale est une courbe qui commence en un point central puis s'en éloigne de plus en plus, en même temps qu'elle tourne autour.) qui ramène l'aiguille à zéro (Le chiffre zéro (de l’italien zero, dérivé de l’arabe sifr, d’abord transcrit zefiro en italien) est un symbole marquant une position vide dans l’écriture...). Plus la roue (La roue est un organe ou pièce mécanique de forme circulaire tournant autour d'un axe passant par son centre.) tourne vite, plus la force exercée sur le ressort est grande, et plus l'aiguille s'éloigne de sa position initiale.
  • Dans les chemins de fer (Le fer est un élément chimique, de symbole Fe et de numéro atomique 26. C'est le métal de transition et le matériau ferromagnétique le plus courant dans la vie quotidienne, sous forme pure ou...), la rame ICE 3 de la Deutsche Bahn utilise un système de freins à courant Foucault comme système de frein (Un frein est un système permettant de ralentir, voire d'immobiliser, les pièces en mouvement d'une machine ou un véhicule en cours de déplacement.) de service sur certain lignes nouvelles, et comme système de freinage d'urgence ailleurs.

Les courants de Foucault sont aussi responsables de pertes (pertes par courant de Foucault) dans les circuits magnétiques des machines électriques alternatives (Alternatives (titre original : Destiny Three Times) est un roman de Fritz Leiber publié en 1945.) et des transformateurs.

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Électrostatique (L'électrostatique traite des charges électriques immobiles et des forces qu'elles exercent entre elles, c’est-à-dire de leurs interactions.) : Champ électrique · Charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être transporté.) électrique · Gauss · Loi de Coulomb · Potentiel électrique (Le potentiel électrique est l'une des grandeurs définissant l'état électrique d'un point de l'espace. Son unité est le volt.)

Magnétostatique (La magnétostatique est l'étude des phénomènes où le champ magnétique est statique, c’est-à-dire ne dépend pas du temps.) : Ampère · Champ magnétique · Courant électrique · Moment magnétique (En magnétostatique, soit une distribution de courants permanents à support compact de volume V.)

Électrocinétique (L'Électrocinétique, est l'étude de circuits électriques et, est surtout celle du déplacement de l'électricité dans les milieux matériels, par opposition à l'électrostatique qui étudie les phénomènes et les lois relatives à l'électricité immobile.) : Champ électromagnétique · Courant de déplacement · Équations de Maxwell · Force électromotrice · Force de Lorentz · Induction magnétique · Loi de Lenz-Faraday · Rayonnement électromagnétique (Un rayonnement électromagnétique désigne une perturbation des champs électrique et magnétique.)

Circuit électrique (Un circuit électrique est un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de composants électriques ou électroniques parcouru par un courant...) : Condensateur · Électronique · Générateur électrique · Guide d'onde · Impédance · Inductance · Résistance électrique

Source: Wikipédia publiée sous licence CC-BY-SA 3.0.

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