diff --git a/module-web/content/electromag/synthese.md b/module-web/content/electromag/synthese.md index 20897e0a6911111dfc2db79647317120646e1414..b1b3b8126782baad372a7caa360065563a3788d5 100644 --- a/module-web/content/electromag/synthese.md +++ b/module-web/content/electromag/synthese.md @@ -42,111 +42,8 @@ Les deux étant constitués de deux électrodes séparées par un milieu diélec --- -## Ex.3. : Cylindre plongé dans un champ uniforme -On considère une région de l'espace où règne un champ d'induction uniforme (imposé par une source extérieure) de la forme : ${\bf b} = B\_{0}\\,{\bf u\_x}$. -On place à l'intérieur de cette zone un cylindre de rayon $R$ constitué d'un matériau de perméabilité relative $\mu\_r$ constante. - -1. Caluler, par séparation des variables, le potentiel vecteur magnétique ${\bf a}$ en tout point du domaine. - -{{% expand "Cliquer pour afficher un indice" %}} -On pensera à utiliser les coordonnées cylindriques et donc calculer le potentiel vecteur magnétique ${\bf a} = a\_{z}(r,\theta)\\,{\bf u\_z}$. -{{% /expand%}} - -2. En déduire le tracé des lignes de champ d'induction correspondantes et observer les différents cas possibles en fonction du type du matériau. C'est-à-dire : - -Utiliser le langage de votre choix : MATLAB (ou GNU/Octave), Python, Julia, etc... - -{{% expand "Cliquer pour afficher une solution" %}} -Un exemple de calcul en MATLAB est donné ci-dessous : -```Matlab -close all; clear; clc - -% cylindre dans champ uniforme -R = 2e-2; % rayon du cylindre -adom = 6*R; % largeur du domaine -B0 = 1; -mur = 1e3; - -% evaluation sur grille -a = @(x,y) az(x,y,R,mur,B0); -npoints = 100; x = linspace(-adom/2,adom/2,npoints); y = x; -[X,Y] = meshgrid(x,y); -AZ = arrayfun(a,X,Y); - -% tracé -nlignes = 30; -contour(X,Y,AZ,nlignes,'LineWidth',1) -axis equal; hold on; -nc = 60; theta = linspace(0,2*pi,nc); % contour du cylindre -plot(R*cos(theta),R*sin(theta),'k','LineWidth',2) - -% fonction calcul du potentiel vecteur -function a = az(x,y,R,mur,B0) - r = sqrt(x^2+y^2); - theta = atan2(y,x); - if (r <= R) - a = 2*mur/(mur+1)*B0*r*sin(theta); - else - a = B0*(r+(mur-1)/(mur+1)*R^2/r)*sin(theta); - end -end -``` -{{% /expand%}} - - ---- - - -## Ex. 4. : Câble coaxial - -On considère un câble coaxial portant un courant $I$ tel que représenté sur la figure ci-dessous. - -{{< figure src="../../images/figures/coax_schem.svg" title="Représentation schématique du câble coaxial considéré">}} - -1. Après avoir calculé le rayon intérieur du coax permettant d'assurer la même densité de courant dans les conducteurs aller et retour, calculer le champ magnétique en tout point de l'espace. -2. En déduire l'énergie magnétique (par unité de longueur) et la valeur de l'inductance linéique du câble. - -{{% expand "Cliquer pour afficher un indice" %}} -On pourra penser à utiliser le **théorème d'Ampère** pour calculer le champ. -{{% /expand%}} - - -{{% expand "Cliquer pour afficher un début de solution" %}} - -Le code MATLAB permettant de faire le calcul et le tracé est donné ci-dessous à titre indicatif : -```Matlab -close all; clear; clc - -% rayons du cable coaxial : -Ri = 1e-3; -R0 = 2e-3; -Re = sqrt(Ri^2+R0^2); % pour egalite des surfaces -Rdom = 1.5*Re; % fin du trace - -I = 15; % courant (A) - -% fonction pour calculer le champ -h_theta = @(r) I/(2*pi)*((r<=Ri)*r/Ri^2+(Ri<r)*(r<=R0)/r... - +(R0<r)*(r<=Re)*(1 -(r^2-R0^2)/(Re^2-R0^2))/r); - -npoints = 1000; rt = linspace(0,Rdom,npoints); -ht = arrayfun(h_theta,rt); % evaluations -% trace du resultat -plot(rt,ht,LineWidth=2) -title("h_\theta en fonction de la distance au centre du coax") -grid on; xlabel("r (en mm)"); ylabel("h_\theta (en A/m)") -xticks([0 Ri R0 Re]) ; xticklabels(["0", "R_i", "R_0", "R_e"]) -yticks([0 I/2/pi/R0 I/2/pi/Ri]); -yticklabels(["0", "I/(2\pi R_0)", "I/(2\pi R_1)"]) -``` -{{% /expand%}} - - ---- - - -## Ex. 5. : Bobine rectangulaire +## Ex. 3. : Bobine rectangulaire On considère une bobine rectangulaire à $N$ spires, de longueur $L$ très grande devant sa largeur, telle que représentée ci-dessous : @@ -159,7 +56,7 @@ Pour ce faire, nous procéderons par étapes : 1. Après avoir précisé les hypothèses, calculer le champ crée par un conducteur cylindrique de rayon $r\_c$ parcouru par un courant I (ligne unifilaire). {{% expand "Cliquer pour afficher un indice" %}} -On pourra encore penser à utiliser le théorème d'Ampère pour calculer le champ. +On pourra penser à utiliser le théorème d'Ampère pour calculer le champ. {{% /expand%}} 2. Dans le langage de votre choix, tracer le champ et les lignes correspondantes : @@ -401,6 +298,110 @@ end --- +## Ex.4. : Cylindre plongé dans un champ uniforme + +On considère une région de l'espace où règne un champ d'induction uniforme (imposé par une source extérieure) de la forme : ${\bf b} = B\_{0}\\,{\bf u\_x}$. +On place à l'intérieur de cette zone un cylindre de rayon $R$ constitué d'un matériau de perméabilité relative $\mu\_r$ constante. + +1. Caluler, par séparation des variables, le potentiel vecteur magnétique ${\bf a}$ en tout point du domaine. + +{{% expand "Cliquer pour afficher un indice" %}} +On pensera à utiliser les coordonnées cylindriques et donc calculer le potentiel vecteur magnétique ${\bf a} = a\_{z}(r,\theta)\\,{\bf u\_z}$. +{{% /expand%}} + +2. En déduire le tracé des lignes de champ d'induction correspondantes et observer les différents cas possibles en fonction du type du matériau. C'est-à-dire : + +Utiliser le langage de votre choix : MATLAB (ou GNU/Octave), Python, Julia, etc... + +{{% expand "Cliquer pour afficher une solution" %}} +Un exemple de calcul en MATLAB est donné ci-dessous : +```Matlab +close all; clear; clc + +% cylindre dans champ uniforme +R = 2e-2; % rayon du cylindre +adom = 6*R; % largeur du domaine +B0 = 1; +mur = 1e3; + +% evaluation sur grille +a = @(x,y) az(x,y,R,mur,B0); +npoints = 100; x = linspace(-adom/2,adom/2,npoints); y = x; +[X,Y] = meshgrid(x,y); +AZ = arrayfun(a,X,Y); + +% tracé +nlignes = 30; +contour(X,Y,AZ,nlignes,'LineWidth',1) +axis equal; hold on; +nc = 60; theta = linspace(0,2*pi,nc); % contour du cylindre +plot(R*cos(theta),R*sin(theta),'k','LineWidth',2) + +% fonction calcul du potentiel vecteur +function a = az(x,y,R,mur,B0) + r = sqrt(x^2+y^2); + theta = atan2(y,x); + if (r <= R) + a = 2*mur/(mur+1)*B0*r*sin(theta); + else + a = B0*(r+(mur-1)/(mur+1)*R^2/r)*sin(theta); + end +end +``` +{{% /expand%}} + + +--- + + +## Ex. 4. : Câble coaxial + +On considère un câble coaxial portant un courant $I$ tel que représenté sur la figure ci-dessous. + +{{< figure src="../../images/figures/coax_schem.svg" title="Représentation schématique du câble coaxial considéré">}} + +1. Après avoir calculé le rayon intérieur du coax permettant d'assurer la même densité de courant dans les conducteurs aller et retour, calculer le champ magnétique en tout point de l'espace. +2. En déduire l'énergie magnétique (par unité de longueur) et la valeur de l'inductance linéique du câble. + +{{% expand "Cliquer pour afficher un indice" %}} +On pourra penser à utiliser le **théorème d'Ampère** pour calculer le champ. +{{% /expand%}} + + +{{% expand "Cliquer pour afficher un début de solution" %}} + +Le code MATLAB permettant de faire le calcul et le tracé est donné ci-dessous à titre indicatif : +```Matlab +close all; clear; clc + +% rayons du cable coaxial : +Ri = 1e-3; +R0 = 2e-3; +Re = sqrt(Ri^2+R0^2); % pour egalite des surfaces +Rdom = 1.5*Re; % fin du trace + +I = 15; % courant (A) + +% fonction pour calculer le champ +h_theta = @(r) I/(2*pi)*((r<=Ri)*r/Ri^2+(Ri<r)*(r<=R0)/r... + +(R0<r)*(r<=Re)*(1 -(r^2-R0^2)/(Re^2-R0^2))/r); + +npoints = 1000; rt = linspace(0,Rdom,npoints); +ht = arrayfun(h_theta,rt); % evaluations +% trace du resultat +plot(rt,ht,LineWidth=2) +title("h_\theta en fonction de la distance au centre du coax") +grid on; xlabel("r (en mm)"); ylabel("h_\theta (en A/m)") +xticks([0 Ri R0 Re]) ; xticklabels(["0", "R_i", "R_0", "R_e"]) +yticks([0 I/2/pi/R0 I/2/pi/Ri]); +yticklabels(["0", "I/(2\pi R_0)", "I/(2\pi R_1)"]) +``` +{{% /expand%}} + + +--- + + ## Ex. 6 : Transformateur élémentaire On considère le transformateur élémentaire donné par la figure ci-dessous. Le primaire (en bleu) est constitué de $N_1$ spires, et le secondaire (en rouge) en comporte $N_2$.