Bonjour,

Je suis en prépa et j'ai choisi d'étudier le chauffage par induction. Je souhaite pour cela chauffer un échantillon de cuivre grâce à une petite bobine qui sera alimentée par un courant sinusoidal. Si j'ai bien compris, la bobine n'étant pas infinie (car rayon environ égal à la longueur dans mon cas) il y aura un champ magnétique à l'extérieur et non seulement à l'intérieur de la bobine comme pour le cas infini. Je peux donc espérer chauffer mon matériau sans qu'il ne soit placé à l'intérieur, seulement j'imagine que le champ ne sera pas aussi fort.

J'ai entendu parler de canaliser le champ magnétique, ce qui me permettrait d'avoir un champ plus fort à l'extérieur de la bobine et donc au niveau du cuivre, mais je ne trouve pas d'informations à ce sujet. Quelqu'un aurait-il une idée à quoi cela pourrait correspondre?

Merci d'avance.

 Bonjour,

Il est bien évident que l'induction permet de chauffer un matériau à l'extérieur de la bobine ... sinon les cuisinières à chauffage par induction n'existeraient pas.
Le cahier des charges que tu te fixes "chauffer un petit morceau de cuivre" est quand même bien vague .
Il faudrait  faire un prédimmesionnement de la puissance thermique nécessaire  en fonction d'un l'objectif  pour limiter le champ de recherche.

Ce n'est pas la même chose que de vouloir chauffer une casserole pour faire bouillir de l'eau ou vouloir faire fondre un métal à point de fusion élevé!
La puissance recherchée dépendra  aussi du temps souhaité pour obtenir l'effet voulu . Par exemple, il existe des techniques  de traitement de surface par induction qui exigent  une énergie concentrée pendant un temps bref.

As tu fait une recherche préalable sur les applications du chauffage par induction?

Pour l'induction, cette puissance thermique est obtenue par la puissance dissipée par les courants de Foucault dans le matériau ,par la variation du champ magnétique. 

Il faut donc définir la puissance induite nécessaire au  projet  .

Si le champ dans lequel baigne l'objet à chauffer peut être supposé uniforme  de la forme \(B=B_0\cos \omega t\), la puissance moyenne induite par effet joule est proportionnelle à \(B_0^2\) mais aussi au carré de la fréquence \(\omega^2\).
On peut faire un calcul explicite dans des cas simples comme un disque de rayon \(a\) d'épaisseur \(e\), on va trouver  \(P_{joule}=\frac{\pi\gamma}{16}e a^4 \omega^2 B_0^2 \), où \(\gamma\) est la conductivité électrique.
On peut noter que la fréquence du champ, donc du courant d'alimentation, joue aussi un rôle très important et montre l'intérêt d'une fréquence élevée pour obtenir un fort effet joule. 

Il est évident que l'objet à chauffer doit être proche de la face de la bobine d'induction ( dans une cuisinière, les têtes de bobine sont justes sous la plaque vitrocéramique). Il existe effectivement  des systèmes pour  améliorer l'intensité utile du champ. Il faut faire des recherches avec le mot clé "concentrateur de champ ".

Attention, dans un projet de forte puissance, il y aura des questions technologiques et de sécurité à considérer ( systèmes de refroidissement en particulier ) 

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Edité par Sennacherib 26 mai 2018 à 23:21:48

Salut. si l'objet est plat et plus large (un morceau de tôle d'acier par ex.) que la bobine ça aidera je pense car dans ce cas les lignes de champs le traverseront bel et bien. Comment pourrait elle l’éviter ?

@Sennacherib  Tu négliges l'effet de peau dans ton raisonnement, c'est surtout le type de matériaux cible et/ou la profondeur de pénétration désirée qui vont imposer le choix de la fréquence.

on parlera de l'effet de peau lorsque  Elenagun précisera son projet.

Chauffer un petit morceau de cuivre , c'est un peu limité comme objectif surtout si c'est dans le cadre de son TIPE de prépa.

Mais Elenagun s'est inscrit le 23 mai sur OC et n'est pas réapparu. Donc le reverra-t-on? 

(edit :   même avec l'exemple simplifié   donnant l'effet joule, on peut tenir compte de l'effet de peau de façon approchée en considérant que l'épaisseur\(e\) dans  \(P_{joule}=\frac{\pi\gamma}{16}e a^4 \omega^2 B_0^2 \) est l'épaisseur de pénétration dans l'échantillon à la fréquence considérée.   L'échauffement global de l'échantillon se produit alors rapidement par conduction pour un matériau très conducteur comme le cuivre.On peut vérifier que le produit \(e\omega^2\)  croit fortement avec la fréquence malgré l'effet de peau ( pour le cuivre \(e \sim 9.4 \) mm à 50 H , \(e \sim: 0.7mm \) à 10kH )

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Edité par Sennacherib 31 mai 2018 à 8:27:45