Applications industrielles (alternateurs, haut-parleurs)

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Mécanique appliquée et électromagnétisme

🏭 De la théorie à la pratique industrielle

Les principes d’électromagnétisme trouvent des applications concrètes dans de nombreux dispositifs industriels. Étudions deux exemples emblématiques : les alternateurs pour la production d’électricité et les haut-parleurs pour la reproduction du son.

⚡ Alternateur : principe de fonctionnement

Un alternateur convertit l’énergie mécanique en énergie électrique alternative. Il repose sur le principe de l’induction électromagnétique découvert par Faraday.

Composition principale :

Rotor (partie tournante) : électroaimant ou aimant permanent
Stator (partie fixe) : bobinage où le courant est induit
Collecteur ou bagues : connexion électrique rotative

Schéma simplifié :

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📈 Calcul de la force électromotrice d’un alternateur

Pour un alternateur à N spires, tournant à la fréquence f dans un champ magnétique B :

$\mathcal{E}_{max} = N \times B \times S \times \omega$

Où ω = 2πf est la pulsation.

La tension instantanée est :

$\mathcal{E}(t) = \mathcal{E}_{max} \times \sin(\omega t)$

Exemple numérique : Alternateur avec N = 100 spires, B = 0,8 T, S = 0,01 m², f = 50 Hz

$\omega = 2\pi \times 50 = 314 \text{ rad/s}$

$\mathcal{E}_{max} = 100 \times 0.8 \times 0.01 \times 314 = 251.2 \text{ V}$

Tension efficace :

$\mathcal{E}_{eff} = \frac{251.2}{\sqrt{2}} = 177.6 \text{ V}$

🔊 Haut-parleur électrodynamique : principe

Le haut-parleur fonctionne sur le principe inverse : il convertit un signal électrique en mouvement mécanique (vibrations de la membrane) qui crée des ondes sonores.

Composants principaux :