1
- il y a 6 mois
Cours disponible ici : https://drive.google.com/file/d/1fkBqL7aHd_EKBp07hag_-ewvD7JofDVN/view?usp=sharing
Catalogue de vidéos disponibles : https://docs.google.com/spreadsheets/d/1YyOoi0plYR197o06WGSnkBBsEnFOnrWhrU4VphcoaZ4/edit
Exercices disponibles ici : https://drive.google.com/drive/folders/1hA39YjB_N2GXflVcDxqHHTklTSmVAcgE?usp=sharing
Que la Forge soit avec toi !..
Catalogue de vidéos disponibles : https://docs.google.com/spreadsheets/d/1YyOoi0plYR197o06WGSnkBBsEnFOnrWhrU4VphcoaZ4/edit
Exercices disponibles ici : https://drive.google.com/drive/folders/1hA39YjB_N2GXflVcDxqHHTklTSmVAcgE?usp=sharing
Que la Forge soit avec toi !..
Catégorie
📚
ÉducationTranscription
00:18Les bobines
00:19Mes respects à tout le monde, bienvenue dans la forge du quantum.
00:22Aujourd'hui, atelier VOL numéro 14, les bobines.
00:26Et on commence sans plus attendre par un petit disclaimer nécessaire qui va permettre de donner le ton de cette
00:31vidéo.
00:33C'est parti !
00:34Cet atelier te propose du contenu hors programme dans l'enseignement général au lycée en France, et dans les lycées
00:40français à l'étranger, depuis la réforme de 2020.
00:43Par contre, c'est toujours maintenu dans les filières CAP et Bac Pro Électricité ou Électrotechnique.
00:49Ce petit cours permet l'introduction du circuit RL série en courant continu, aux progrès en études supérieures comme les
00:55BTS, les BUT et les licences de sciences.
00:59Ce n'est pas un cours d'électronique appliqué, mais il donne une bonne vue d'ensemble sur cette bobine,
01:04bien plus que ce qui était enseigné au lycée avant la réforme de 2020.
01:09Néanmoins, pour les personnes curieuses, soyez les bienvenus.
01:12Et bon visionnage !
01:14Paragraphe suivant, dans lequel je vais définir ce qu'est une bobine.
01:18C'est parti !
01:20Une bobine, appelée aussi solénoïde, auto-inductance, ou quelquefois, self, est un composant courant en électrotechnique et électronique.
01:28Une bobine est constituée d'un enroulement de fil conducteur, généralement en cuivre.
01:33L'espace au milieu de ses spires s'appelle le noyau.
01:37Il peut être vide, ou inclut une pièce en matériau phéromagnétique, favorisant l'induction électromagnétique afin d'augmenter la valeur
01:44de l'inductance.
01:45Il existe deux formes courantes de bobines.
01:49La cylindrique, la plus commune, et la toroidale, qui prend moins de place et qui se retrouve souvent sur les
01:55cartes électroniques de tes appareils électriques.
01:57Le noyau peut être en matériau phéromagnétique, un assemblage de feuilles de taux ou un bloc de ferrite, ou un
02:03circuit magnétique complètement ou partiellement fermé pour améliorer la linéarité de l'inductance.
02:09A gauche, une bobine à air, sans noyau, et au vu des trappes de pinces sur son fil de cuivre,
02:14à sa gauche, c'est une bobine faite maison, et à droite, deux bobines industrielles avec noyau métallique.
02:21Les physiciens et ingénieurs français l'appellent souvent par synecdoque « inductance », ce terme désignant la propriété caractéristique de
02:28la bobine, qui est son opposition à la variation du courant dans ses spires.
02:32Le circuit magnétique d'une bobine avec noyau peut être saturé si l'on essaie d'induire un flux supérieur
02:37à la valeur limite acceptable par le noyau.
02:40À ce moment, la valeur de l'inductance s'effondre.
02:43Pour augmenter la réductance de la bobine, qui est la résistance magnétique, une grandeur physique qui caractérise l'aptitude d
02:50'un circuit magnétique à s'opposer à sa pénétration par un champ magnétique, et retarder la saturation, on peut aménager
02:56une ouverture, appelée entrefer, dans le noyau.
03:00Je te l'entoure sur ce schéma de bobine toroïdale.
03:03Sa largeur va dépendre d'un cahier des charges bien précis encadrant l'utilisation d'une bobine.
03:08L'entrefer est une coupure dans un circuit magnétique créé pour plusieurs raisons.
03:13La première, pouvoir placer un appareil de mesure, ou un capteur, dans l'entrefer pour mesurer le champ dans le
03:19circuit magnétique.
03:21Un petit exemple avec ce capteur de Hall, qui permet de mesurer les variations de champ magnétique.
03:26La seconde, il assure la mobilité d'une partie du circuit magnétique, comme pour les machines électriques, dans lesquelles les
03:33stator et rotor sont séparés d'un entrefer fonctionnel.
03:36C'est la partie blanche située entre le rotor, cercle rouge intérieur, et le stator, cercle bleu extérieur, sur le
03:43schéma.
03:44La dernière, il augmente la réductance du circuit magnétique, ce qui a pour impact d'augmenter la valeur de l
03:50'intensité,
03:51comme par exemple dans les postes à souder, où ces entrefer permettent son utilisation en court-circuit,
03:56créant ainsi suffisamment d'énergie pour souder deux pièces ensemble.
04:00Paragraphe suivant, dans lequel je vais t'expliquer ce qu'est l'inductance, la propriété électrique d'une bobine.
04:06C'est parti.
04:08Selon le théorème d'Ampère, tout courant parcourant un circuit crée un champ magnétique à travers la section qui l
04:14'entoure.
04:14C'est le phénomène d'induction électromagnétique.
04:18L'unité du système international de l'inductance, noté grand L, est le Henry, symbolisé par un H majuscule.
04:25Ce nom a été donné en l'honneur du physicien Joseph Henry, un scientifique américain qui a découvert le phénomène
04:31d'induction électromagnétique
04:32indépendamment des recherches qu'a effectué l'anglais Michael Faraday.
04:36On peut exprimer le Henry dans les unités du système international en procédant ainsi.
04:42Le Henry est la division des volts par d, ampères par seconde, transformation des volts en, joules par coulomb.
04:48Le joule est équivalent à des kilogrammes mètres carrés par seconde au carré, le coulomb à des ampères secondes, simplification,
04:55réduction,
04:56et le Henry est donc des kilogrammes mètres carrés sur des coulombs carrés.
05:00Certes, ça paraît fou, mais surtout flou, et il va être important que j'aborde la métrologie dans les plus
05:05braves délais
05:06pour apporter un peu de lumière dans ces unités du système international.
05:10C'est pour bientôt.
05:12Cette inductance permettra de faire le lien entre la tension et l'intensité aux bornes de la bobine via la
05:17formule suivante.
05:19UL de T est égal à grand L fois, DI de T sur DT.
05:23J'informe, ou je rappelle, que l'expression, DI de T sur DT, représente la dérivée de l'intensité par
05:29rapport au temps,
05:30donc la différence d'intensité, supposée constante, par unité de temps.
05:35Je te conseille d'apprendre cette formule par cœur, tu vas en avoir besoin.
05:39En fonction de la construction de la bobine, le calcul de l'inductance se fera grâce à deux formules différentes.
05:46Dans le cas d'une bobine à R, grand L sera égal à mu0, fois grand N au carré, fois
05:51S, sur petit L.
05:53Grand L est bien entendu l'inductance, en Henry, mu0 la constante magnétique, valant 4π fois 10 puissance moins 7
06:00Henry par mètre,
06:01grand N le nombre de spires de la bobine, S la section, en mètre carré, et petit L la longueur,
06:07en mètre.
06:07Je te mets en bas de page un schéma qui apporte une précision sur quelques paramètres.
06:12Ici aussi, formule à apprendre par cœur.
06:16Dans le cas d'une bobine avec noyau magnétique, grand L sera égal à mu0, fois grand N au carré,
06:22fois S, sur petit L.
06:25Grand L est toujours l'inductance, en Henry, mu0 la perméabilité relative effective du noyau, sans unité, mu0 la constante
06:32magnétique, valant 4π fois 10 puissance moins 7 Henry par mètre,
06:36grand N le nombre de spires de la bobine, S la section, en mètre carré, et petit L la longueur,
06:42en mètre.
06:43Par rapport à la formule précédente, il y a juste l'ajout de muer, la perméabilité relative effective du noyau,
06:49qui est un coefficient multiplicateur qui renseigne sur le matériau du noyau.
06:54J'affiche sur ton écran ce tableau qui te donne quelques exemples de perméabilité relative de divers éléments ou alliages,
07:00pour ton information personnelle.
07:02Bien entendu dans les exercices, cette donnée te sera fournie, ou au pire, il te faudra la déterminer via les
07:08formules de calcul de l'inductance, celles que tu dois apprendre par cœur.
07:13Paragraphe suivant, dans lequel je vais te montrer comment cette bobine est symbolisée dans un circuit électrique.
07:19C'est parti.
07:20Comme tu le sais, une bobine est constituée d'un enroulement de fil conducteur, généralement en cuivre.
07:26L'espace au milieu de ses spires s'appelle le noyau.
07:29Il peut être vide, ou inclure une pièce dans un matériau métallique.
07:34Son symbole résume sa forme générale cylindrique, et il en existe deux versions.
07:39L'européenne, mignonne, qui fait apparaître clairement les spires, et l'américaine, un peu moins artistique et donc plus rapide
07:46à tracer, faisant apparaître 2N de McDo à coller.
07:50A toi de choisir.
07:52Suivant le matériau du noyau, le symbole sera adapté.
07:55Pour une bobine à air, il ne change pas.
07:58Pour un noyau en fer, il faut rajouter deux traits pleins et parallèles au-dessus.
08:03Pour un noyau en ferrite, les deux traits sont en tiret.
08:06Et si une flèche le traverse en diagonale, c'est un noyau variable.
08:11Normalement au lycée, tu ne devrais travailler qu'avec la bobine à air, et même si à un moment donné,
08:16on la dote d'un moyau solide, le symbole utilisé resterait le même.
08:21On ne s'embête pas avec les détails techniques.
08:24Paragraphe suivant, dans lequel je vais te montrer comment calculer l'inductance équivalente lors de l'association en série de
08:30bobines.
08:31C'est parti !
08:32Le but du jeu est de transformer ce circuit multibobiné, en ce circuit équipé d'une seule bobine d'inductance
08:38équivalente.
08:39Je te montre la procédure.
08:42D'après la loi des mailles, U est égal à U1, plus U2, plus U3.
08:47Sachant que UL de T est égal à L fois, DI de T sur DT, alors U sera égal à
08:52L1 fois, DI de T sur DT, plus L2 fois, DI de T sur DT, plus L3 fois, DI de
08:59T sur DT.
09:01Factorisation par, DI de T sur DT, et U sera égal à L1 fois, DI de T sur DT.
09:07Par conséquent, l'inductance équivalente est la somme des inductances en série.
09:13Cool !
09:14C'est comme la résistance équivalente lors de l'association des résistances en série, c'est donc facile à s
09:19'en souvenir.
09:20Surtout que tu verras en fin de vidéo une relation entre la bobine, son inductance et sa résistance.
09:27Paragraphe suivant, dans lequel je vais te montrer comment calculer l'inductance équivalente lors de l'association en dérivation de
09:33bobines.
09:34C'est parti !
09:35Le but du jeu est de transformer ce circuit multibobiné, en ce circuit équipé d'une seule bobine d'inductance
09:41équivalente.
09:43Je te montre la procédure.
09:45Tu sais que UL de T est égal à L fois, DI de T sur DT, ce qui implique que,
09:50DI de T sur DT, est égal à UL de T sur L.
09:54Le DT passe à droite, et DI de T sera égal à, UL de T sur L, DT.
10:00DI de T représente la dérivée de I, donc pour avoir l'intensité, il faut primitiver.
10:06Par conséquent, I de T sera égal à l'intégrale de UL de T sur L, DT.
10:12Mais comme L est constant, il peut sortir de l'intégrale, et I de T sera égal à, 1 sur
10:17L, intégrale de UL de T, DT.
10:21Retiens bien cette formule, tu vas en avoir besoin après.
10:25D'après la loi des nœuds, I est égal à I1, plus I2, plus I3.
10:29Comme I de T sera égal à, 1 sur L, intégrale de UL de T, DT, I sera égal à,
10:361 sur L1, intégrale de UL de T, DT, plus, 1 sur L2, intégrale de UL de T, DT.
10:50Factorisation par intégrale de UL de T, DT, I sera égal à, 1 sur L, intégrale de UL de T,
10:58DT.
10:59De ce fait, l'inverse de l'inductance équivalente sera la somme des inverses des inductances en dérivation.
11:06Cool.
11:07C'est comme la résistance équivalente lors de l'association des résistances en parallèle, c'est donc facile à s
11:12'en souvenir.
11:14Surtout que je te rappelle que tu verras en fin de vidéo une relation entre la bobine, son inductance et
11:19sa résistance.
11:21Paragraphe suivant, je ne vais pas te laisser ainsi sans te proposer un petit exercice d'application sur ces associations
11:26de bobines.
11:28C'est parti.
11:30Grand L égal à 30 millianries.
11:32Déterminer l'inductance équivalente de ces trois bobines.
11:36Ok.
11:37Je te rappelle les formules à utiliser, en série et en dérivation.
11:42Il te faut commencer par déterminer l'inductance équivalente de ces deux bobines en parallèle, que je vais nommer grand
11:47L D, D pour dérivation.
11:501 sur grand L D, égal à 1 sur grand L, plus 1 sur grand L, soit 2 sur grand
11:55L.
11:56Par conséquent, grand L D est égal à, grand L sur 2.
12:00Cette inductance équivalente est en série avec une bobine d'induction grand L, donc grand L X sera égal à
12:06grand L D, plus grand L.
12:08Calcul, et grand L X sera égal à 3 grand L sur 2, soit 45 millianries.
12:13Et c'est tout.
12:15Un conseil lors des associations, travaille toujours en littéral d'abord, et remplace par les valeurs numériques à la fin,
12:21ce sera plus efficace.
12:24Paragraphe suivant, dans lequel je vais te montrer comment déterminer la valeur de l'énergie stockée dans la bobine.
12:29C'est parti !
12:31L'énergie stockée dans le champ magnétique et dans le noyau de la bobine pour formule W, égal à, 1
12:37demi, fois grand L, fois Y au carré.
12:40W est l'énergie stockée, en joules, grand L l'inductance de la bobine, en henri, et l'intensité qui
12:46la traverse, en ampères.
12:48Bien entendu, cette formule est à apprendre par cœur.
12:52Paragraphe suivant, je ne vais pas te laisser ainsi sans te proposer un petit exercice d'application sur cette énergie
12:58stockée dans la bobine.
12:59C'est parti !
13:01Grand L est égal à 10 millianries.
13:04Quelle intensité faut-il stocker pour obtenir la même énergie qu'un condensateur de 100 microfarad chargé à 100 volts
13:09?
13:10Pour rappel, l'énergie stockée dans un condensateur est notée EC, égale à, 1 demi, fois C, fois U au
13:17carré.
13:18Ok.
13:19Tu poses, 1 demi, fois grand L, fois Y au carré, égale à, 1 demi, fois C, fois U au
13:25carré.
13:25Tu isoles Y au carré, tu neutralises la puissance avec une racine carrée, tu remplaces par les valeurs numériques, attention
13:32aux unités, ceci explique les puissances de 10 utilisées, et Y sera égal à 100 ampères.
13:38Bigger Fichtre Saper Hippopiète
13:40Il ne faudra pas s'amuser à mettre un doigt sur cette bobine, je te rappelle qu'au-delà de
13:4550 milliampères, c'est mortel.
13:48Paragraphe suivant, dans lequel je vais te montrer cette relation entre l'inductance et la résistance ohmique d'une bobine.
13:54C'est parti !
13:56La résistance ohmique de la Ceph dépend directement de la section du fil électrique qui la constitue.
14:01Je vais te montrer une formule que tu as déjà dû voir si tu as consulté l'atelier VOL numéro
14:069, intitulé, masse ou terre.
14:09Si ce n'est pas le cas, je te conseille vivement d'aller y jeter un coup d'œil attentif
14:13et sérieux dans les plus brefs délais.
14:15Cette formule, la voici.
14:18R égale à Rho fois, L sur S, avec R la résistance, en Ohm, Rho la résistance linéique, en Ohm
14:25-mètre, et comme la bobine est toujours en cuivre,
14:27L sera égale à 1,7 fois 10 puissance moins 8 Ohm-mètre, L la longueur du fil, en Mètre,
14:33et S la surface de la section du fil, en Mètre carré.
14:36Bien entendu, formule à apprendre par cœur, comme la valeur de la résistance linéique du cuivre.
14:42En règle générale, la résistance ohmique ne doit pas dépasser 0,8 Ohm par mianri pour avoir une bonne bobine.
14:50Dans les exercices, tu vas tomber sur deux cas de figure.
14:54Le premier, la résistance est négligeable devant celle du circuit.
14:58La résistance interne, notée petit r, doit être au minimum 100 fois plus petite que celle du circuit.
15:04Par conséquent, tu peux considérer la bobine comme idéale, et UL de T sera égale à grand L fois, DI
15:10de T sur DT.
15:12Dans l'étude des circuits RL que je vais aborder très prochainement, la résistance interne est négligée dans quasiment tous
15:18les exercices.
15:19Le second, la résistance n'est pas négligeable devant celle du circuit.
15:24Ta bobine réelle peut se transformer en une bobine idéale, associée en série avec une résistance notée petit r.
15:31Si petit r est la seule résistance du circuit, alors UL de T sera égale à grand L fois, DI
15:36de T sur DT, plus petit r fois i.
15:39C'est une sorte de loi des mailles appliquées sur l'association en série d'une bobine idéale et d
15:44'une résistance ohmique, en appliquant la convention récepteur.
15:47Si le circuit contient une résistance, noté R, il suffira d'additionner cette résistance interne petit r à R, additivité
15:55des résistances en série, et considérer la bobine comme idéale.
15:59Pourquoi faire compliqué quand on peut faire simple, n'est-il pas ?
16:03Paragraphe suivant, je ne vais pas te laisser ainsi sans te proposer un petit exercice d'application sur cette résistance
16:09ohmique dans la bobine.
16:11C'est parti !
16:12La bobine a une inductance de 0,5 enri, et une résistance interne de 2 ohm.
16:18L'intensité est de 3 ampères, et augmente de 4 ampères par seconde.
16:23Il faut calculer la tension.
16:25UL de T sera égale à grand L fois, DI de T sur DT, plus petit r fois i.
16:31Remplacement par les valeurs numériques, attention aux conversions possibles dans les bonnes unités, et UL est égale à 8 volts.
16:38Guerre compliquée, certes, mais tu en trouveras des plus taquins dans la description de cette vidéo.
16:44Dernier paragraphe, dans lequel je vais te montrer l'utilité de cette bobine dans ta vie de tous les jours,
16:49sans que tu t'en rendes compte.
16:51C'est parti !
16:52Au-delà du filtrage et de la conversion d'énergie, les inductances ont une multitude d'autres applications.
16:58La première, électro-aimants, moteurs et relais.
17:02Les bobines sont utilisées pour générer un champ magnétique contrôlé, permettant la création de mouvements linéaires ou rotatifs.
17:09Le déverrouillage à distance des véhicules, les moteurs électriques des trottinettes, l'allumage des phares et des clignotants, tout ça
17:16contient au moins une bobine.
17:18La seconde, les systèmes d'allumage et de flash électronique.
17:22Les bobines stockent de l'énergie, et la libèrent sous forme d'impulsions de haute tension, comme dans les systèmes
17:28d'allumage automobile, ou les flash photographiques.
17:31Les stroboscopes des boîtes de nuit, le flash de ton cellulaire, les tubes néons, une bobine et aux commandes.
17:37La troisième, les capteurs.
17:40Les inductants servent de capteurs dans les applications de détection de métaux, de mesures de champ magnétique, ou de capteurs
17:46de proximité.
17:48C'est grâce aux bobines si tu peux reculer à l'aveugle et ne pas remboutir ton pare-choc dans
17:52une voiture ou un muret.
17:54La dernière, dans la technologie moderne.
17:56Les inductants sont des composants critiques dans les applications avancées, tels que les véhicules électriques, les systèmes d'énergie renouvelable,
18:04et les équipements médicaux, où l'efficacité et la fiabilité de la gestion de l'énergie sont primordiales.
18:10C'est pour cette raison que la demande en cuivre explose.
18:14Pour te donner un ordre de grandeur, dans une voiture thermique, il y a en moyenne 25 kg de cuivre,
18:19alors que dans une pile électrique roulante, il en faut minimum 80 kg, soit 3 fois plus.
18:25Revenons à nos bobines.
18:27Tu vois ce petit machin orangé au-dessus de cette règle graduée, ce que je te montre avec cette flèche
18:32clignotante.
18:33C'est une micro-bobine, que tu peux retrouver dans beaucoup de cartes électroniques, fabriquées avec du fil de cuivre
18:39ayant un diamètre de 20 micromètres, 4 fois plus petit que le diamètre moyen d'un cheveu.
18:45Hallucinant, n'est-il pas ?
18:47Quant à ce jeune homme équipé, il est assis dans sa bobine, ce qui te permet de te rendre compte
18:52de la taille incroyable que peuvent avoir certains solénoïdes dans le milieu industriel.
18:57Mais il y a encore plus grand.
18:58Les détecteurs de physique, comme ceux du LHC au CEN, nécessitent des champs magnétiques intenses qui courbent la trajectoire des
19:05particules afin d'en mesurer la quantité de mouvements.
19:08Le système magnétique du détecteur ATLAS du LHC est formé de plusieurs aimants supraconducteurs à la température de l'hélium
19:15liquide, soit moins 269 degrés Celsius.
19:18Il comprend un toroïde central, deux toroïdes d'extrémité et un solénoïde central.
19:24Les huit bobines du toroïde central font chacune 25 mètres de long sur 5 mètres de large, le bloc complet
19:30pesant 7000 tonnes, et leur alimentation nécessite un courant de 20 500 ampères.
19:35Fatch de Chichour.
19:36Comment dire, c'est une construction pharaonique qui vaut son pesant en cuivre, et à 13 000 euros la tome
19:42en janvier 2026, il y a un beau magot enterré à 100 mètres sous terre entre la France et la
19:47Suisse.
19:48Au lieu d'écouter ces influenceurs voleurs qui veulent te vendre de la crypto-monnaie, prends une bonne pelle solide,
19:53quelques pioches, et commence à creuser entre Saint-Venis-Pouilly et Mérin.
19:57Le cours complet en PDF, librement téléchargeable, est disponible dans la description de cette vidéo.
20:13Je t'ai mis à disposition des exercices à forger, leurs liens sont aussi disponibles en description.
20:19Prochaine vidéo sur l'encleum.
20:22Que la forge soit avec toi.
20:24Stay tuned.
20:26Tchuss.