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Atelier: des modèles simples de moteurs électriques

1. Matériel nécessaire

Pour construire un moteur, vous aurez besoin du matériel suivant : 

  •     Une pile (parmi les suivantes : R6, R14 et R20),
  •     Des ciseaux,
  •     Un aimant rond au néodyme ; on peut se procurer des aimants en néodyme facilement et pour pas cher ; nous vous recommandons d'en acheter entre dix et vingt pour votre laboratoire de physique, car ils peuvent être utile pour de nombreuses démonstrations et expériences intéressantes. 

Dans le cas du moteur à aimant rotatif, vous aurez également besoin de ceci :

    Une feuille d'aluminium (toute simple, celle que l'on utilise quotidiennement pour cuisiner),

  •     Un aimant plat en ferrite pour tenir la feuille,
  •     Une vis ou un clou ; le clou devra être en acier et non en cuivre,
  •     Du papier coloré.

   

zestwa elementów potrzebnych do wykonania obrazków

Fig. 1 : Les outils nécessaires pour fabriquer un moteur à aimant rotatif.

 

Dans le cas d'un moteur à ossature rotative, vous aurez également besoin de ceci :

  •     Du fil de cuivre dont le diamètre sans l'isolant doit être compris entre 0.5 et 1 mm,
  •     Un couteau pointu pour retirer l'isolant du fil de cuivre.
 elementy do zbudowania silniczka w wersji z obracającą się ramką
 Fig. 2 : Les outils nécessaires pour fabriquer un moteur à ossature rotative

 

Enfin, dans le cas du moteur en courant continu à bobine rotative, vous aurez également besoin de ceci :

  •     Deux épingles à nourrice de dimension normale,
  •     Des élastiques en caoutchouc, 

Une longueur importante de fil de cuivre émaillé dont le diamètre devra être compris entre 0.25 et 0.5 mm,

 motor/uzwojenie 1
    Fig. 3 : Les outils nécessaires pour fabriquer un moteur à bobine rotative.

 

2. Réalisation 

  • Modèle à aimant rotatif(M. Dobkowska, A. Majcher)

 

Découper une fine feuille d'aluminium de 3 cm de large et de 15 cm de long. La feuille devra être pliée dans le sens de la longueur afin de la rendre rigide.

Découper un éventail dans du papier, celui-ci permettra d'observer la direction de la rotation de l'aimant. Nous vous suggérons de découper un cercle d'environ 4-5 cm de diamètre dans du papier et d'entailler les bords de manière à former une sorte d'hélice. Faire un petit trou au centre de ce cercle et placer votre hélice autour de la vis (ou du clou). Il est très important que la vis soit en acier et non en cuivre.

Placer l'aimant circulaire en néodyme contre la tête de la vis (ou du clou) et la pointe de la vis contre l'un des pôles de la pile (contre le  + ). La pile  devra être tenu verticalement dans votre main ou fixée sur un trépied. La vis reste au pôle de la pile et elle ne tombe pas grâce à une forte interaction magnétique (ce qui ne serait pas le cas avec un clou en cuivre car ce materiau, contrairement à l'acier, n'est pas magnétique).

Presser une des extrémités de la bande d'aluminium contre l'autre pôle de la pile ( - ) et la deuxième extrémité contre le côté de l'aimant suspendu. Cette extrémité devra simplement effleurer le côté de la pile.

Attention : Le courant traversant la bande d'aluminium peut avoir un ampérage élevé et la feuille peut devenir extrêmement chaude. Pour cette raison, essayez de fixer l'extrémité de la feuille qui reste constamment en contact avec le pôle de la pile à l'aide d'un petit aimant en ferrite (comme ceux utilisés sur les tableaux aimantés).

 

 

 

Voilà, c'est tout. Vous pouvez maintenant voir comment vos étudiants étonnés observent une rotation rapide de l'aimant. Demandez à vos élèves d'étudier avec un moteur le sens de rotation de l'aimant lorsque l'on intervertit les pôles de la pile (soit un changement de sens du courant) ainsi que les pôles de l'aimant.

 

La photo ci-dessous décrit un moteur une fois assemblé et prêt à fonctionner :

 

 

 opis zmontowanego silniczka w wersji z obracającym się magnesem
 Fig. 4 : Un moteur à aimant rotatif une fois assemblé

 

 Cliquer ici pour voir un film décrivant l'assemblage et la mise en marche d'un moteur. Observez également ce qu'il se passe lorsque l'on retourne l'aimant.

 

  • Moteur à ossature rotative (Grzegorz F. Wojewoda)

 

Couper au ciseau un morceau du fil de cuivre d'environ 40 cm. Les fils de cuivre sont généralement recouverts d'émail qui joue le rôle d'isolant. Au milieu du fil, retirer l'isolant sur une section d'environ 8 cm (avec les ciseaux). Un fil de cuivre peut être "recouvert" de n'importe quel conducteur électrique :

 

 przygotowanie odpowiedniej ilości drutu
Fig. 5 : Préparer la bonne quantité de fil de cuivre

 

Commencer par fabriquer l'ossature en formant une "boucle". Faîtes attention à ce qu'aucune partie du fil ne soit en contact avec une autre :

 

 

formowanie pętelki z drutu 
Fig. 6 : Former votre ossature en commençant par former une boucle.

Ensuite, plier les bords de l'ossature. Ses dimensions devront être choisies de telle sorte que le fil formant l'ossature soit situé à environ 0.5 cm de la pile. Pour terminer l'ossature, faîtes en sorte que les extrémités du fil glissent sur le sommet de la pile. Couper les bouts trop long du fil en utilisant bien sûr les ciseaux :

 

 dalsze formowanie miedzianej ramki  obcięcie za długiego drutu
Fig. 7 : L'ossature une fois terminée.

 

Une fois l'ossature terminée, la fixer à la pile à l'aide de l'aimant :


 końcowy etap konstrukcji silniczka
 Fig. 8 : Etape finale de l'assemblage du moteur.

Vous pouvez observer dès maintenant l'ossature tourner :  il s'agit d'un modèle efficace de moteur électrique.

zdjęcie działającego silniczka 
 Fig. 9 : Image d'un moteur rotatif à ossature.

Cliquez ici pour observer un film montrant l'assemblage et la mise en marche d'un moteur électrique à ossature rotative en fil de cuivre.

En expérimentant avec le moteur, observez ce qu'il se passe si l'on retourne la pile ou l'aimant.

 

  • Moteur en courant continu à bobine rotative (Arwind Gupta)

 

L'assemblage du moteur commence en enroulant la bobine de fil de cuivre. La bobine devra faire 10-15 spires. Trop de spires rendront la bobine trop lourde et pas assez détériorerait les performances du moteur. Pour enrouler la bobine, vous pouvez utiliser une pile tel qu'on le voit sur l'image ci-dessous, ou tout autre tube de même diamètre ou légèrement plus petit. Vous pouvez même utiliser vos doigts !

 

motor/uzwojenie 1 
Fig. 10 : Enrouler la bobine.

Nouez soigneusement les extrémités de la bobine et faîtes les pointer vers l'extérieur, comme le montre la photo :
 
 motor/uzwojenie 4
Fig. 11 : Terminer la bobine.
 
Grattez ensuite l'émail (isolant) sur les extrémités de la bobine mais seulement sur la moitié du diamètre du fil de cuivre, comme le montre le schéma 12.b ! 

Si vous enlevez l'émail sur un diamètre entier et que vous mettez votre moteur en marche, la bobine sera accélérée par la force de Lorentz sur un demi-tour puis ralentira sur l'autre demi-tour. Votre moteur marchera de manière instable et tournera dans les deux sens, en fonction de la direction dans laquelle vous pousserez la bobine au départ. Imaginez un tramway qui partirait en avant ou en arrière, suivant la direction dans laquelle vous le pousseriez... Un moteur électrique de type continu est un dispositif utile dans la vie de tous les jours car il offre la possibilité de contrôler le sens de rotation du moteur. Et il s'agit bien du type de moteur que nous souhaitons réaliser.

 

motor/uzwojenie 5 
 Fig. 12.a : Retirer l'isolant.

 

isolant2

 

                                               Fig. 12.b

 

Fixez maintenant les épingles à nourrice et l'aimant avec les élastiques comme on le voit sur la photo. Insérez les extrémités de la bobine dans les yeux des épingles et le moteur est prêt !

 

 motor/uzwojenie 6
Fig. 13 : Assemblage du moteur. Si la pile est recouverte de métal, l'élastique pour maintenir l'aimant en place ne sera pas nécessaire.

 

motor/uzwojenie 7 
Fig.14 : Notre moteur en fonctionnement !
Si vous avez un second aimant vous pouvez le tenir au sommet de la bobine rotative et observer si le moteur accélère ou ralentit. Ou peut-être la variation de vitesse dépend-t-elle de la position des pôles magnétiques ?
(attention à ne pas laisser l'aimant vous glisser des doigts)
 
motor/uzwojenie 8 
Fig.14 : En plaçant un aimant au dessus..

 

Amusez-vous bien!