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physique:moteur-homopolaire

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Moteur homopolaire

Le moteur homopôlaire est une curiosité très facile à bricoler avec seulement une pile AA 1.5V, un bout de fil de cuivre, un aimant au néodyme bien que ça fonctionne avec n'importe quel aimant permanent. Il se trouve que les aimants au néodyme sont parmi les plus intenses33).

Figure 1 - Schéma de principeFigure 2  - Lignes de champ magnétique

Les schémas sont encore un peu poussifs, le mieux étant de voir en direct le principe de fonctionnement34).

L'idée de départ est de former un circuit fermé avec le fil de cuivre autour de la pile. D'abord on place l'aimant au culot de la pile (côté moins). Comme on peut le voir sur la vidéo et le premier schéma, un simple cadre rectangulaire suffit pour tester le moteur. L'aimant produit un champ magnétique dont les lignes de champ sont symbolisées par le second schéma (TODO meilleur schéma!). On peut approximer ce champ par un champ uniforme vertical (suivant l'axe longitudinal de la pile). Le mouvement est généré par l'action du champ magnétique sur les électrons cheminants dans le fil de cuivre : l'effet macroscopique est une force qui peut se calculer lorsqu'on connaît le champ magnétique $\vec M$ et le chemin $\vec{dl}$ parcouru par le courant $I$ :

$$ \vec{dF} = I \vec{dl} \wedge \vec{M} $$

d'où :

$$ \vec{F_{AB}} = I \vec{AB} \wedge \vec{M} $$

:!: On peut calculer un produit vectoriel de tête si les vecteurs du produit sont suivant un trièdre : ils décrivent deux à deux les 3 plans $O_{xy}$, $O_{xz}$, $O_{yz}$.

Les principales composantes qui génèrent le mouvement sont les branches du cadre qui sont perpendiculaires au champ magnétique : les branches supérieures $\vec{OA}$, $\vec{OB}$ et inférieures $\vec{O'D}$, $\vec{O'C}$. Cela découle de l'hypothèse selon laquelle le champ $\vec{M}$ est purement vertical35).

33)
compte tenu de leurs petites tailles
34)
merci à l'auteur de la vidéo
35)
les chemins parallèles au champ ne subiront pas de force
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