Prepa HelpCNC 2013 PSI Physique II : sujet en PDF
Sujet de l'épreuve de Physique II du Concours National Commun (CNC), Maroc, session 2013, filière PSI, en 4 heures. Thème : Four à induction : champ d'une bobine, courants de Foucault, mesure de l'inducteur et alimentation par onduleur.
Ce que traite le sujet, partie par partie
- I. Champ magnétique créé par une spire en un point de son axe. Direction du champ par les symétries, expression en fonction de l'angle sous lequel on voit la spire, graphe sur l'axe et lecture des lignes de champ.
- II. Champ magnétique d'une bobine cylindrique de longueur finie. Sommation des contributions de spires élémentaires, expression du champ sur l'axe avec les angles aux extrémités, limite de la bobine infinie et rapport longueur sur rayon pour une précision donnée.
- III. Champ magnétique d'une bobine cylindrique de longueur infinie. Symétries et invariances, théorème d'Ampère à l'intérieur et à l'extérieur, lignes de champ et inductance propre de la bobine.
- IV. Champ magnétique d'une bobine infinie parcourue par un courant variable. Loi de Faraday et champ électrique induit orthoradial, calculé par la forme intégrale de Maxwell-Faraday en tout point de l'espace.
- V. Application : four à induction. Approximation des régimes quasi stationnaires dans un barreau conducteur, courants de Foucault et puissance moyenne dissipée par effet Joule, intérêt du kilohertz et du feuilletage. Vérification de l'hypothèse sur le champ induit, équation vérifiée par le champ total et effet de peau à fréquence élevée.
- VI. Détermination expérimentale de l'inductance et de la résistance de la bobine d'un four à induction. Circuit RLC série et oscilloscope : branchements, modes AC et DC, repérage de la résonance d'intensité et déduction de l'inductance et de la résistance. Effet de la résistance interne du générateur et montage pour y remédier.
- VII. Étude de l'alimentation du four à induction. Onduleur autonome à quatre interrupteurs alimentant l'inducteur et un condensateur en série : tension créneau et série de Fourier, impédances pour les harmoniques 1 et 3, courant quasi sinusoïdal. Chronogrammes dans les interrupteurs et la source, valeurs moyennes et puissances.
Chapitres à revoir avant de traiter ce sujet
- Calcul infinitésimal du physicien : dérivées et différentielles
- Régime sinusoïdal forcé
- Filtrage linéaire
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