En électricité, ce terme peut désigner deux dispositifs :
Une bobine est un terme générique en électricité (L’électricité est un phénomène physique dû aux différentes charges électriques de la...) pour désigner un dipôle formé de une à une multitude de spires de fil autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne...) d'un noyau. Ce noyau peut être vide (Le vide est ordinairement défini comme l'absence de matière dans une zone spatiale.) ou en un matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne...) favorisant l'induction magnétique (Le phénomène d'induction électromagnétique (ou induction magnétique ou, simplement, induction)...) (matériau ferromagnétique, afin d'augmenter la valeur de l'inductance). Il peut être également fermé, avec ou sans entrefer, afin de constituer un circuit magnétique (Un circuit magnétique est un circuit généralement réalisé en matériau ferromagnétique au...) fermé.
C'est donc un dipôle auto-inductif plus ou moins linéaire qui est caractérisé principalement par son inductance (L'inductance d’un circuit électrique est un coefficient qui traduit le fait...), mais également par une résistance électrique (celle du fil utilisé, a priori faible), mais principale responsable des pertes.
La bobine idéale est modélisée par une auto-inductance notée généralement L.
Mais la bobine réelle (particulièrement si elle est bobinée autour d'un matériau ferromagnétique) est un dipôle complexe possédant de nombreux paramètres et aussi le siège de phénomènes physiques dont certains sont la cause de non-linéarité (par exemple les phénomènes d'hystérésis).
Les modèles les plus simples et les plus fréquemment utilisés sont ceux correspondant à l'association d'une inductance et d'une résistance :
Il est constitué de l'association en série d'une inductance et d'une résistance :
Il correspond à l'équation (En mathématiques, une équation est une égalité qui lie différentes quantités, généralement...)
Il est constitué de l'association en parallèle d'une inductance et d'une résistance :
Il correspond à l'équation
En régime sinusoïdal de fréquence (En physique, la fréquence désigne en général la mesure du nombre de fois qu'un...) f et de pulsation ω, les deux modèles précédents sont équivalents et interchangeables à condition de poser :
Avec : facteur de qualité de la bobine
Aux modèles précédents, il est parfois nécessaire d'ajouter un condensateur (Un condensateur est un composant électronique ou électrique dont l'intérêt de base est de...) en parallèle avec l'ensemble (En théorie des ensembles, un ensemble désigne intuitivement une collection...) afin de rendre compte des effets capacitifs apparaissant entre les spires. Cette valeur de capacité est très faible mais elle devient prédominante à très grande fréquence.
Afin de déterminer l'inductance d'une bobine, il est parfois utilisé un code de couleur (La couleur est la perception subjective qu'a l'œil d'une ou plusieurs fréquences d'ondes...) suivant ces normes :
Couleur | 1. Anneau | 2. Anneau | 3. Anneau multiplicateur |
4. Anneau tolérance |
---|---|---|---|---|
"aucune" | — | — | — | ±20 % |
argent (L’argent ou argent métal est un élément chimique de symbole Ag — du...) | — | — | 10-2 µH | ±10 % |
or | — | — | 10-1 µH | ±5 % |
noir | 0 | 1 | 100 µH | — |
marron | 1 | 1 | 101 µH | — |
rouge (La couleur rouge répond à différentes définitions, selon le système chromatique dont on fait...) | 2 | 2 | 102 µH | — |
orange | 3 | 3 | 103 µH | — |
jaune (Il existe (au minimum) cinq définitions du jaune qui désignent à peu près la même...) | 4 | 4 | 104 µH | — |
vert (Le vert est une couleur complémentaire correspondant à la lumière qui a une longueur d'onde...) | 5 | 5 | 105 µH | — |
bleu (Bleu (de l'ancien haut-allemand « blao » = brillant) est une des trois couleurs...) | 6 | 6 | 106 µH | — |
violet (Le violet est une couleur, composée d'un mélange de bleu (environ 50% de luminosité) et de rouge...) | 7 | 7 | 107 µH | — |
gris | 8 | 8 | 108 µH | — |
blanc (Le blanc est la couleur d'un corps chauffé à environ 5 000 °C (voir...) | 9 | 9 | 109 µH | — |
Couleur | 1. Anneau (large) |
2. à 4. Anneau chiffre |
5. Anneau multiplicateur |
6. Anneau tolérance |
---|---|---|---|---|
"aucune" | — | — | — | ±20 % |
argent | Début | — | — | ±10 % |
or | — | virgule | — | ±5 % |
noir | — | 0 | 100 µH | — |
marron | — | 1 | 101 µH | ±1 % |
rouge | — | 2 | 102 µH | ±2 % |
orange | — | 3 | 103 µH | — |
jaune | — | 4 | 104 µH | — |
vert | — | 5 | 105 µH | ±0,5 % |
bleu | — | 6 | 106 µH | — |
violet | — | 7 | 107 µH | — |
gris | — | 8 | 108 µH | — |
blanc | — | 9 | 109 µH | — |
Le troisième chiffre est optionel. |
La tension uB aux bornes de la bobine et l'intensité i du courant sont reliés par l'équation différentielle :
où L est l'inductance de la bobine et r sa résistance propre (dans le cas d'une bobine parfaite, r = 0).
Lorsque la bobine est soumise brutalement à une tension constante E avec une résistance r en série, l'équation différentielle admet pour solution :
où est la constante de temps de la bobine.
Si on admet que les solutions de l'équation différentielle sont de la forme i = A + BeCt où A,B,C sont constantes et t le temps écoulé, alors et l'équation devient :
puis :
Pour vérifier cette équation, il faut que LC + r = 0 et E = rA puisque eCt varie en fonction du temps.
On obtient alors :
et :
B peut alors prendre une infinité de valeurs. Ainsi, si la bobine est en charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...), it = 0 = 0 d'où A + B = 0 et :
ce qui permet de trouver la solution de l'équation différentielle en i.
la solution de l'équation différentielle : est la somme de deux termes :
Séparation (D'une manière générale, le mot séparation désigne une action consistant à séparer quelque...) des variables :
On intègre les deux membres
Si x = y alors donc
Lorsque la bobine est soumise à un échelon de tension la solution du régime forcé est :
La détermination de la constante est faite grâce à la condition physique suivante : Le courant à travers une inductance ne peut en aucun cas subir de discontinuité.
À l'intant , le courant vaut . On obtient l'équation :
Souvent, dans les cas d'école, le courant initial est nul. On obtient alors :
Pour obtenir les équations régissant le comportement d'une bobine réelle en régime sinusoïdal, il est nécessaire d'utiliser un des modèles décrit ci-dessus et de calculer l'impédance (Le terme Impédance est utilisé dans plusieurs domaines:) de la bobine soit en utilisant la représentation de Fresnel, soit en utilisant la transformation complexe.
Avec le modèle série, l'impédance de la bobine s'écrit :
ayant pour module : et pour argument :
Du fait de son caractère inductif, l'intensité du courant sinusoïdal qui traverse (Une traverse est un élément fondamental de la voie ferrée. C'est une pièce posée en travers de...) la bobine soumise à une tension sinusoïdale présente un retard de phase (Le mot phase peut avoir plusieurs significations, il employé dans plusieurs domaines et...) par rapport à cette dernière. Ce retard est compris entre 0 et 90° (ou 0 et π /2 radians). On dit que le courant est en retard sur la tension.
Lorsque la bobine est réalisée autour d'un noyau ferromagnétique sans entrefer, les phénomènes de saturation magnétique et d'hystérésis (Soit une grandeur cause notée C produisant une grandeur effet notée E. On dit qu'il y a...) entraînent des non-linéarités dans le comportement de la bobine : lorsqu'elle est soumise à une tension sinusoïdale, l'intensité du courant qui la traverse n'est pas purement sinusoïdal. Ces non linéarités sont très difficiles à prendre en compte. Elles sont souvent négligés en première approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) dans les calculs traditionnels.
C'est un quadripôle qui met à profit le phénomène d'induction électromagnétique (L'induction électromagnétique, aussi appelé induction magnétique, est un...) pour engendrer une pointe de courant sous une très haute tension (La très haute tension (THT) est une ancienne dénomination de la classe des tensions utilisées...). Elle constitue le système d'allumage (Pour s'enflammer, le mélange air-essence, un gaz contenu dans le cylindre doit subir une...) du moteur à explosion (Le moteur à explosion est un moteur à combustion interne principalement utilisé pour...) à allumage commandé, autrement dit le moteur (Un moteur (du latin mōtor : « celui qui remue ») est un dispositif...) à essence.
Les physiciens français Antoine Masson (Antoine Philibert Masson est un physicien français, né à Auxonne le 23 août 1806, et décédé...) et Louis Breguet (Louis Breguet est un horloger et physicien français. Il est né à Paris en 1803 et mort à Paris...) en 1841 en firent les premiers essais. Dès 1836, Antoine Masson avait produit des courants sous haute tension en provoquant des interruptions rapides du courant produit par une pile. La bobine qu'il construisit en 1841 avec Breguet lui servit à produire des décharges dans des gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) raréfiés. Le mécanicien Ruhmkorff perfectionna le système pour les besoins de la physique expérimentale (La physique expérimentale a pour but d'éprouver la valeur de vérité des théories physiques. La...), on lui doit la Bobine de Ruhmkorff (La bobine de Ruhmkorff est un générateur électrique permettant d'obtenir des tensions très...).
C'est une alimentation à découpage (Une alimentation à découpage est un dispositif à base d'électronique de puissance permettant de...) de type Flyback, c’est-à-dire deux circuits magnétiquement couplés (Des circuits magnétiquements couplés sont des circuits électriques bobinés autour d'un même...) dont l'un, appelé enroulement basse tension (Les normes européennes définissent le domaine de la basse tension (abréviation BT) comme les...) et comportant peu de spires est relié à l'alimentation alors que l'autre est connecté à l'utilisation. Ce deuxième enroulement comporte beaucoup de spires et porte généralemenrt de nom d'enroulement haute tension.
Le fonctionnement se fait en deux temps :