Faire bouger les choses avec l'électricité et les aimants
Mes premiers pas en Électronique
Les gros aimants attirent les petits objets métalliques ; les petits aimants adhèrent aux grands objets métalliques.
Par exemple, les portes de réfrigérateur sont généralement constituées de gros morceaux de métal, il est donc facile de les recouvrir de minuscules aimants décoratifs.
Vous avez probablement aussi vu des aimants dans les dessins animés : les personnages aiment utiliser des aimants géants en forme de fer à cheval pour faire des bêtises.
On trouve des aimants dans la nature ou on les crée avec de l'électricité. Un aimant créé avec de l'électricité est appelé électroaimant.
Vous pouvez utiliser un électroaimant pour faire bouger des objets, et pas besoin d'être un super-héros pour y parvenir !
En fait, de nombreux objets du quotidien, comme les moteurs, les haut-parleurs et les portes automatiques des magasins, fonctionnent grâce aux électroaimants.
Un électroaimant est très facile à fabriquer, et dans cette section, vous en construirez un que vous pouvez allumer et éteindre avec un interrupteur.
Vous utiliserez ensuite un électroaimant pour construire votre propre moteur !
Comment fonctionnent les aimants ?
Les aimants ont deux pôles, le pôle nord (N) et le pôle sud (S), et sont entourés d'un champ magnétique.
Si vous placez deux aimants côte à côte, le pôle nord de l'un attire le pôle sud de l'autre et repousse le pôle nord de ce dernier.
Essayez de rapprocher deux aimants.
Si vous ne les forcez pas, ils devraient naturellement se fixer l'un à l'autre par leurs pôles opposés.
Maintenant, essayez de rapprocher deux pôles identiques. C'est plus difficile, n'est-ce pas ?
Les pôles opposés s'attirent, tandis que les pôles identiques se repoussent.
REMARQUE :
Les aimants de réfrigérateur fins et flexibles n’ont pas deux pôles distincts. Ils possèdent plutôt de nombreux pôles de polarité opposée, les uns à côté des autres, ce qui rend plus difficile la perception de l’attraction et de la répulsion des aimants.
Mais les aimants n’attirent pas tous les matériaux.
Par exemple, le plastique n’est
pas affecté par les aimants. Essayez de tester des objets métalliques autour de
vous !
À vous de jouer :
Trouvez des objets magnétiques !
Prenez un aimant et placez-le sur des objets faits de différents matériaux, tels que :
Du papier aluminium
Une cuillère en inox
Une canette de soda
Un clou en fer
Un bijou en métal
Quelques pièces de monnaie
Quels objets l'aimant
attire-t-il ou auxquels il adhère ?
Vous devriez constater que l'aimant
attire certains métaux, mais pas tous.
Que se passe-t-il avec du
papier aluminium ?
Il s'avère que certains métaux peuvent se transformer
en aimants si on leur applique un peu d'électricité. C'est là que les
électroaimants entrent en jeu.
Découvrez l'électroaimant
Lorsqu'un courant traverse un fil, un phénomène étrange se produit : le courant crée un champ magnétique autour du fil.
Le champ magnétique d'un fil
est cependant très faible.
Pour créer un champ magnétique plus puissant,
il faut faire circuler du courant dans plusieurs fils placés côte à côte.
Un seul fil suffit : il suffit de l'enrouler en plusieurs boucles pour former une bobine, puis d'y faire passer du courant.
Les champs magnétiques de chaque boucle se chevauchent et se combinent pour créer un champ magnétique plus puissant.
Enroulez votre fil autour d'un
morceau de fer, comme un clou, un boulon ou une vis, pour obtenir un champ
magnétique encore plus puissant.
Pour créer un électroaimant, il suffit
de connecter une pile aux extrémités du fil enroulé, créant ainsi un circuit
fermé.
AVERTISSEMENT
Assurez-vous d'utiliser la pile de 1,5 V recommandée !
Une pile plus puissante
pourrait envoyer trop de courant dans votre bobine, ce qui pourrait surchauffer
la pile et la bobine et vous brûler.
Lorsque le courant traverse le fil,
le morceau de fer enroulé se comporte comme un aimant, avec le pôle sud à une
extrémité et le pôle nord à l'autre.
Le sens du courant et celui des
enroulements de la bobine déterminent le pôle. Lorsque vous débranchez la pile,
le courant s'arrête et le champ magnétique disparaît.
Lorsque le courant
traverse le fil, le morceau de fer enroulé se comporte comme un aimant, avec le
pôle sud à une extrémité et le pôle nord à l'autre.
Le sens du courant et celui des enroulements de la bobine déterminent le sens du courant. Lorsque vous débranchez la pile, le courant s'arrête et le champ magnétique disparaît.
Construire un électroaimant vous aidera à comprendre comment utiliser l'électricité pour fabriquer des objets comme un haut-parleur dans le monde réel.
Alors, construisons-en un !
Avec suffisamment de courant, suffisamment de fil et le bon circuit, vous pourriez construire un super aimant tout droit sorti de votre dessin animé préféré, mais pour l'instant, commençons par un petit.
Projet n° 3 : Créez votre propre électroaimant
Vous connaissez la théorie pour construire votre propre électroaimant. Mais lire la théorie n'est pas la même chose que construire quelque chose dans la vraie vie, alors il est temps de s'amuser !
Vous allez construire votre propre électroaimant avec du fil et un boulon.
Il vous suffit d'enrouler le fil plusieurs fois autour du boulon et de connecter la pile au fil.
Pour faciliter l'allumage et l'extinction de l'électroaimant, vous ajouterez également un interrupteur au circuit afin de contrôler la circulation du courant dans les fils.
Liste de courses
Voir : Fournitures utiles
1. Une pile alcaline (C) de 1,5 V, comme les grosses piles rondes utilisées dans les anciennes lampes de poche. N'utilisez pas de pile rechargeable ni d'alimentation secteur.
Assurez-vous d'utiliser la pile de 1,5 V recommandée !
Une pile plus puissante pourrait envoyer trop de courant dans votre bobine, ce qui pourrait surchauffer la pile et la bobine et vous brûler.
2. Du fil conducteur isolé à
âme pleine, d'environ 2,1 m. Un fil de raccordement standard convient
parfaitement.
3. Du ruban adhésif pour fixer le tout. Vous pouvez
utiliser du ruban de masquage, du ruban isolant ou tout autre matériau de votre
choix.
4. Des rondelles, des trombones ou d'autres petits objets
métalliques que votre électroaimant peut soulever.
5. Un boulon ou un
gros cloue pour enrouler le fil. Choisissez-en un gros pour permettre plusieurs
tours. Le boulon que j'ai utilisé faisait 8 mm d'épaisseur et 10 cm de long.
6. Un interrupteur pour allumer et éteindre l'électroaimant.
Outils
Un coupe-fil pour couper ou
retirer l'isolant du fil.
Un aimant standard
Étape 1 : Vérifiez votre boulon
Votre boulon constituera le cœur de votre électroaimant, ce qui le rendra plus résistant.
Cependant, tous les matériaux ne conviennent pas comme cœur d'électroaimant !
La plupart des boulons métalliques devraient faire l'affaire, mais si vous en trouvez un en matériau non magnétique, votre électroaimant ne sera pas très efficace.
Pour vérifier si un boulon convient à ce projet, il suffit de le tenir à proximité d'un aimant standard. Si l'aimant attire le boulon, c'est qu'il est en bon état.
Étape 2 : Dénuder une extrémité du fil de la bobine
Pour connecter le fil de la bobine à la batterie et à l'interrupteur, vous devez dénuder le métal des deux extrémités.
À l'aide d'une pince coupante, vous dénuderez environ 1,25 mm d'isolant à l'origine du fil.
Après avoir enroulé la bobine, vous ferez de même avec l'extrémité du fil.
Dénuder des fils peut être un
peu difficile si vous ne l'avez jamais fait ; demandez donc de l'aide à un
parent ou à un enseignant pour commencer.
Commencez par saisir
délicatement l'extrémité du fil avec la pince coupante.
Appuyez juste assez avec le coupe-fil pour couper le plastique autour du fil, sans couper le fil lui-même. Une fois l'isolant coupé, votre fil devrait ressembler à ceci :
Ensuite, placez le coupe-fil dans l'entaille que vous avez faite.
Pressez-le suffisamment pour saisir le plastique avec les lames.
Utilisez le coupe-fil pour retirer délicatement le plastique sans couper le métal du fil.
Maintenant, vous devriez avoir un fil avec du métal exposé à l'extrémité, comme ceci :
Si dénuder des fils vous semble difficile au début, pas d'inquiétude : cela devient beaucoup plus facile avec la pratique.
Vous pouvez aussi utiliser une Pince à dénuder
ou
ou
Étape 3 : Enroulez le fil
Prenez le fil et enroulez-le autour de votre boulon 50 à 100 fois.
Laissez environ 7,5 cm de chaque extrémité du fil pendre.
Veillez à ne pas utiliser tout le fil ; vous aurez besoin d'un morceau de fil d'environ 10 cm de long lors d'une étape ultérieure.
Enroulez le fil aussi serré que possible et scotchez l'extrémité pour que les spires restent bien en place. Ce fil enroulé est appelé la bobine de l'électroaimant.
Répétez l'étape 2 pour dénuder l'autre extrémité de votre bobine.
Étape 4 : Connecter la borne négative de la batterie à la bobine
Connectez une extrémité de la bobine (peu importe laquelle) à la borne négative de la batterie. Fixez-la à la batterie avec du ruban adhésif.
AVERTISSEMENT
Assurez-vous d'utiliser la batterie de 1,5 V recommandée !
Une batterie plus puissante pourrait envoyer trop de courant dans votre bobine, ce qui pourrait chauffer la batterie et la bobine suffisamment pour vous brûler.
Étape 5 : Connecter l'interrupteur.
À la section Qu'est-ce que l'électricité ?, je vous ai montré comment construire votre propre interrupteur et comment l'utiliser pour allumer et éteindre quelque chose.
Vous allez maintenant connecter un interrupteur préfabriqué à votre électroaimant pour l'allumer et l'éteindre.
Un interrupteur possède souvent deux ou trois broches auxquelles vous pouvez vous connecter.
Sur l'interrupteur de la liste de courses de ce projet, la broche 2 est la broche commune, connectée à la broche 1 ou à la broche 3, selon la position du bouton.
Si le bouton est poussé vers la broche 1, les broches 2 et 1 sont connectées.
Si le bouton est poussé vers la broche 3, les broches 2 et 3 sont connectées.
Certains interrupteurs n'ont que deux broches. Dans ce cas, les deux broches sont connectées lorsque le bouton est dans une position et non connectées dans l'autre, comme pour l'interrupteur que vous avez construit dans le
« Projet n° 2 : Alarme anti-intrusion (section Qu'est-ce que l'électricité ?)».
Fixez l'autre extrémité du fil de la bobine à la broche 1 de l'interrupteur et assurez-vous que le bouton est poussé vers la broche 3.
Ensuite, coupez un nouveau fil de votre bobine, d'environ 10 cm de long, et dénudez légèrement les deux extrémités pour exposer le métal.
Connectez une extrémité du nouveau fil à la borne positive de la batterie et l'autre à la broche centrale de l'interrupteur.
Utilisez du ruban adhésif pour vous assurer que les fils sont correctement connectés et restent en place.
Étape 6 : Testez votre super électroaimant