Ne pas oublier le chronomètre !
Voici une liste de manipulations possibles pour les montages, et le matériel nécessaire pour les réaliser.
MP1 Dynamique du point et du solide
I – Système masse-ressort
Matériel :
Mobile autoporteur + table
Alimentation pour mobiles autoporteurs
Grande potence (1m) + 2 petites potences + 1 moyenne potence + noix + tiges
Caméra rapide + câble connexion ordinateur
Boîte de ressorts
Boîte de masses
Réglet
Balance
Vérifier la pulsation de l'oscillateur harmonique et commenter l'atténuation exponentielle : due aux frottements ici plutôt fluide que solide
Mesurer la constante de raideur des ressorts à l'aide des masses
II – Coefficient de frottement statique et dynamique
Matériel :
Grande potence + noix + tiges
Sabot en bois pour les mesures
Grande plaque en bois
Règle de 1m horizontale
Boîte de masses
Règle de 1m verticale
Mousse pour protéger le sol
III – Précession du gyroscope
Matériel :
Gyroscope avec masse réglable
Perceuse
Chronomètre
Pied à coulisse et réglet
MP2 Surfaces et interfaces
I – Coefficient de frottement statique et dynamique
Matériel :
Grande potence + noix + tiges
Sabot en bois pour les mesures
Grande plaque en bois
Règle de 1m horizontale
Boîte de masses
Règle de 1m verticale
Mousse pour protéger le sol
II – Cuve à ondes
Matériel :
Cuve à ondes + stroboscope associé + alim stroboscope
Grande bouteille d'eau permutée
Ethanol + chiffon
2 Réglets + Scotch
Oscilloscope
Appareil photo ou caméra ou flexcam qui se connecte à l'ordinateur
Niveau à bulles
III – Loi de Laplace
Matériel :
Générateur de bulles
Mélange pour bulles
Diaphragme
Lampe Quartz-Iode ou LED
Mètre déroulable
Condenseur f'=12m
Balance d'arrachement, niveau à bulles
On se contente de vérifier la loi ou bien on utilise la balance d'arrachement pour comparer à la valeur obtenue (mais pas sur que ça marche bien car gamma faible)
MP3 Dynamique des fluides
I – Billes dans le glycérol
Matériel :
Tube avec glycérol
Pied optique
Caméra rapide + câble pour ordinateur
Pied à coulisse
Chronomètre
Balance de précision
Grand écran en bois
Petites billes en acier ou autres matériaux
II – Coefficient de traînée d'une sphère
Matériel :
Soufflerie
Anémomètre à fil chaud
Potence très grande + noix + tige
Rapporteur de grande taille en carton (pour fixer autour d'une tige)
Ficelle (au moins 1m)
Boule de noël
Balance de précision
Pied à coulisse
III – Instabilité de Taylor-Couette
Matériel :
Viscosimètre de Couette rempli de glycérol + moteur à courant continu
Alimentation pour fourche optique +12V/-12V
Alimentation continue
Oscilloscope
Laser
Lentille cylindrique inclinée à 45°
Penser à mesurer le nombre de Taylor critique à la descente ! (et pas à la montée)
MP4 Capteurs de grandeurs mécaniques
I – Michelson de poche pour mesure déformation d'un piézoélectrique
Matériel :
Michelson de poche attaché au piézoélectrique
Lentille f'<1cm
Lentille f'=10cm pour projeter interférences sur l'écran
Laser
2 potences + noix
écran blanc
Plaque dural pour isolation des vibrations
Alimentation haute tension (au moins 1000V)
Multimètre adaptable sur l'alimentation si possible
(delta = 2e au centre soit delta-e = lambda/4 entre deux extinctions)
II – Jauge de contrainte par déformation
Matériel :
Balance de précision
Réglet
Potence + poulie + noix
Fil
Boîte de masses
Alimentation stabilisée +15V/-15V
Alimentation continue au moins 20V
Jauge de contrainte avec pont de Robinson
Voltmètre de précision (6 chiffres)
III – Tube de Pitot
Matériel :
Soufflerie
Anémomètre à fil chaud (2 si possible)
Potence, noix tiges
Tube de pitot
Manomètre différentiel
Voltmètre
Alimentation +12V/-12V
Thermocouple
Pressiomètre
MP5 Mesure de température
Introduction : Théoriquement la température est définie comme dS*/dE dans un système microcanonique : non accessible expérimentalement. On utilise donc une définition différente expérimentale de la température. Aujourd'hui on va étudier divers moyens de mesurer précisément des températures, pour des gammes différentes de température.
Expérimentalement la température est fixée pour certains points de référence, et ensuite interpolée à partir d'une résistance de platine. Nous allons étalonner une telle résistance, puis l'utiliser comme capteur de référence pour utiliser d'autres méthodes de mesure.
I – Etalonnage de la résistance de platine
Matériel :
Résistance de platine la plus résistante (support en teflon)
Dewar, lunettes, gantes et bouteille d'azote liquide
Pompe à vide pour l'azote liquide
Bouilloire
Plaque chauffante
Deux béchers avec borosilicate
Ohmmètre 4 points
Huit fils électriques dont au mois 4 assez longs
Glace
Notice de la résistance de platine
Une potence, deux noix, une barre et une pince
Un manomètre
Manip : prendre 4 points (eau bouillante, bain de glace, azote buoillant, point triple de l'azote) et bien attendre plusieurs minutes la stabilisation. L'interpolation linéaire ne marche pas (mauvais chi2_red) et donc il faut tenir compte des non linéarités. On trouve bien l'interpolation donnée par le constructeur.
Transition : ce capteur est précis mais il est cher et on peut essayer de le remplacer par d'autres capteurs qui ont des effets physiques différents
II – Etalonnage de thermocouples
Matériel :
Une bouilloire
De la glace
Deux thermomètres au platine
Deux thermocouples, deux boîtiers
Un voltmètre
Un agitateur magnétique
Deux béchers
Deux potences, 4 noix, 4 pinces
Relever la tension entre différents thermocouples et retrouver les coefficients Seebeck chromel-alumel. Ca marche assez bien.
Transition : cet effet permet de monter à des températures nettement plus élevées pour lesquelles on peut envisager de mesurer la température à distance : pour cela on utilise un capteur basé sur l'émission du corps noir.
III – Mesure de température par le rayonnement du corps noir
Matériel :
Four (loi de Stefan)
Thermocouple et boîtier de mesure
Transformateur pour prise du secteur + câble qui va vers le four
Tuyaux pour l'eau
Une potence, une noix, une pince flexible
Un nanovoltmètre
La thermopile de Moll avec un pied optique
Deux fils électriques
Une règle pour mesurer les distances, un pied à coulisse.
Faire monter la température du four à 400°C. Prendre à la descente un point toutes les 2 min environ. Temps de réponse de la thermopile de 2 à 3s. On peut retrouver la loi théorique de Stefan avec le coefficient.
On trouve une valeur un peu faible pour sigma (3,33e−08) et c'est probablement dû aux mauvaises estimations des distances.
Ajustement :
sigma*((x^4)-(T0^4))*160*((2.5e-2)^2)*((1.9e-2)^2)/((10.5e-2)^2)/16*3.14
Cette mesure est nettement mois précise car perturbée par les conditions extérieures. Il est bien plus précis d'utiliser d'autres types de mesures, ou bien il faudra utiliser des capteurs directionnels sensibles uniquement aux radiations venant d'une direction (non perturbées par l'extérieur).
Conclusion : méthodes variées pour mesurer la température dont la précision peut changer.
MP6 Transitions de phase
I – Relation de Clapeyron pour le diazote
Référence : aucune
Matériel :
Résistance de platine
Potence, 2 noix, une barre
8 fils dont 4 longs
Un ohmmètre 4 points
Un dewar, azote liquide, lunettes et gants
La pompe à vide
Un manomètre
Avec la vanne atteindre différentes valeurs stables de la pression et mesurer à chaque fois la pression de vapeur saturante. On peut alors vérifier la relation de Clausius-Clapeyron et en déduire la chaleur latente de vaporisation du diazote.
On peut aller au point triple et montrer que la variance est réduite à un en ce point : si on pompe on fait du solide, si on chauffe on fait frondre le solide.
Maintenant on va se déplacr le long de la courbe de Clapeyron et on va observer ce qui se passe de l'autre côté de la courbe en s'apporchant du point critique.
II – Isothermes du SF6
Référence : Physique expérimentale, Fruchart
Matériel :
Thermostat
Manomètre avec le mercure et le SF6
Boîtier pour thermocouple
Faire des isothermes tous les 2-3°C de 30 à 45°C. Sur les isothermes relever la pression, le volume du gaz et celui du liquide aux extrémités des paliers.
On peut retrouver l'exposant critique pour les masses volumiques qui doit être de 0,35
http://old.physique-ens-cachan.educ.space/laboratoire/experiences/fichiers/sf6_phytem.pdf
et aussi retrouver la chaleur latente et le fait qu'elle tend vers 0 à la frontière.
On a une chaleur latente qui s'annule : ça devient une transition du second ordre. On va observer les phénomènes qui se produisent et déterminer avec plus de précision la température du point critique.
III – Observation du point critique de SF6
Référence : aucune
Matériel :
Une lampe Q-I
Le boîtier de SF6 vec température critique
Un thermocouple avec lecteur
Un sèche cheveux
Une potence, 2 noix, une grosse pince et une petite
Un diaphragme
Une plaque pour strioscopie avec support
Une lentille convergente f' = 20cm
Un écran blanc en bois
4 pieds optiques
Conclusion : on a étudié en détail la transition de phase liquide vapeur. Il en existe de nombreusus autres : ferro-para, conducteur/supraconducteur, variétés allotropiques etc... Elles se caractérisent par l'existence ou non d'une chaleur latente et la variation d'un paramètre d'ordre.
MP7 Instruments d'optique
1 – Principe d'une lunette astronomique
Références : Houard et Duffait
Matériel :
banc optique
écran à pied
grille diffusante
F avec calque
2 diaphragmes
7 pieds pour banc
3 lentilles 20cm
1 lentille 10cm
1 lentille 50cm
miroir
lampe QI
Condenseur 12cm
Plaques pour surélever la lampe
Manip : Objet envoyé à l'infini avec L1 (20cm)
Lunette : L2(50cm) et L3 (10 ou 20cm)
Oeil : L4(20cm)
Diaphragme de champ dans le plan de l'image intermédiaire
Diaphragme d'ouverture contre l'objectif
Transition : l'ouverture a cependant une influence sur la profondeur de champ...
2 – Lien entre ouverture et profondeur de champ pour un appareil photo
Référence : Sextant
Matériel :
banc optique
appareil photo
F ou grille diffusante
écran sur pied
Manip : mesurer la profondeur de champ pour différentes ouvertures. Fit avec formule du Sextant que l'on peut linéariser (calculer les termes en avance).
On aurait tendance à vouloir une ouverture très grande pour avoir une petite profondeur de champ par example pour un microscope. Mais il y a un compromis à treouver à cause du phénomène de diffraction que nous allons étudier sur le microscope.
3 – Limite de résolution du microscope
Référence : aucune. Poly de TP.
Matériel :
Une lampe QI
Un filtre antithermique et un filtre interférentiel ou au moins un filtre coloré
Des réseaux Paton Hawksley (100,200,300,600 traits/mm)
Le microscope
Un élevateur
Lentilles de 1m, 30cm, 20cm, 15cm.
Grand écran en bois
Règle graduée
Eventuellement une fente source
Méthode : faire l'image des réseaux sur l'écran avec une lentille et en faisant la mise au point avec le microscope. Puis enlever l'objectif (dévisser) et refaire la mise au point avec une lentille de 15cm pour voir l'image géométrique de la source (filament). En déduire la limite de résolution avec un réseau de 100 traits/mm.
Conclusion : On a vu différents instruments d'optique mais qui présentent tous des liens entre ouverture, profondeur de champ, intensité lumineuse et netteté (diffraction). Il est toujours délicat de trouver un compromis, et pour améliorer ces compromis il faut parfois investir dans des composants plus complexes (ex optique non paraxiale pour microscopes).
MP8 Interférences lumineuses
I – Fentes d'Young et cohérence spatiale
Matériel :
Fente étalonnée réglable
Ensemble de trois bifentes étalonnées (ENSP 4309)
Lampe spectrale mercure
Filtre antithermique
Filtre interférentiel 546nm
Ecran en bois
Barette CCD + cable pour ordinateur
Lentilles f'=10cm et 15cm
Condenseur de 12cm ou 15cm
Planches en bois pour la lampe
7 Pieds optiques
Formule d'ajustement pour les fentes d'Young : I = A + I0 [sinc(pi*e*(x-x0)/lambda/D)]^2 * (1 + cos(2pi*a*(x-x0)/lambda/d)
D=distance fente-bifente ; d=distance bifente-écran ; a=écart entre bifentes ; e=largeur des bifentes ; b : largeur de la fente source
Contraste : C = abs(sinc(pi*a*b/lambda/D))
II – Mesure de l'épaisseur d'une lame au Michelson
Matériel :
Interféromètre de Michelson
Laser, lampe spectrale, lampe LED
Condenseur de 7 ou 8cm
Lentille f'=5mm + support + boy
Lamelle de microscope
Support pour polariseurs (expérience de Fresnel-Arago)
Spectromètre USB + câble ordinateur
2 pieds optiques
Lentilles f' = 1,5m ou 1m et f'=15cm
Support pour fibre optique
Pied à coulisse
Attention delta = 2*n*e la lumière traverse 2 fois la lame !
III – Doublet du sodium
Matériel de la manip précédente
Lampe à vapeur de sodium
MP9 Diffraction des ondes lumineuses
1 – Diffraction par une fente
Référence : Sextant, Duffait
Matériel :
Une fente source réglable
Une fente diffractante tabulée (0,25mm environ) (ENSP 4303,4305 ou 4307)
La matrice CCD
Une lentille de 20cm
Un écran à pied
Une lampe spectrale à mercure
Filtre interférentiel vert 546nm
Filtre antithermique
Densité (pour baisser la luminosité du pic central)
Faire l'acquisition et fitter par le sinus cardinal. Il faut bien faire le noir et aider le fit.
Transition : La diffraction va permettre de mesurer la taille de différents objets, on va maintenant l'utiliser pour déterminer la taille de spores de lycopodes.
2 – Détermination du diamètre de spores de lycopodes
Référence : Sextant
Matériel :
Spores de lycopodes, spatule
Plaque pour les lycopodes et support
Lentille 0,5cm et lentille 20cm
Laser He-Ne
Elevateur + support pour lentille carrée
Microscope, caméra, moniteur et mire graduée pour mesure directe
Ecran en bois
Règle graduée
Transition : cependant la diffraction est aussi une limitation pour de nombreux instruments d'optique. Ce microscope par exemple utilise de l'optique non paraxiale pour augmenter son ouverture numérique et limiter la diffraction, comme nous allons le voir tout de suite.
3 – Limite de résolution du microscope
Référence : aucune. Poly de TP.
Matériel :
Une lampe QI
Un filtre antithermique et un filtre interférentiel ou au moins un filtre coloré
Des réseaux Paton Hawksley (100,200,300,600 traits/mm)
Le microscope
Un élevateur
Lentilles de 1m, 30cm, 20cm, 15cm.
Grand écran en bois
Règle graduée
Eventuellement une fente source
Méthode : faire l'image des réseaux sur l'écran avec une lentille et en faisant la mise au point avec le microscope. Puis enlever l'objectif (dévisser) et refaire la mise au point avec une lentille de 15cm pour voir l'image géométrique de la source (filament). En déduire la limite de résolution avec un réseau de 100 traits/mm.
Conclusion : la diffraction est un phénomène parfois utile et parfois parasite. Nous avons travaillé sur les ondes luineuses mais ce phénomène existe aussi à des échelles plus petites. Pour les rayons X on peut étudier les cristaux par diffraction, un peu comme les lycopodes. Et on utilise la microscopie électronique pour s'affranchir des problèmes de diffraction.
MP10 Spectrométrie optique
Intro : le PVD, raies du mercure. Pb : loi de dispersion, difficile de déterminer les raies précisément. On va utiliser d'autres appareils.
1 – Etalonnage d'un réseau au goniomètre
Matériel :
Goniomètre + lame à faces parallèles
Réseau 300 ou 600 traits/mm
Lampe de Balmer
Fente source réglable
Elevateur
Pied optique
Utilisation lampe Balmer pour déterminer les raies avec le gonio.
Commentaires sur la précision et sur la limite de précision due au nombre de traits éclairés. On veut rendre plus précis cette utilisation du réseau pour cela on va utiliser des fentes d'entrée mais aussi de sortie et un détecteur quantitatif.
2 – Résolution spectrale du monochromateur (cf Houard pour la théorie)
Matériel :
Monochromateur + fentes associées (le plus possible)
Lampe Hg haute pression
Laser polarisé
Lentille f'=5mm + lentille f'=5cm + support et élevateur
Lentille f'=15cm
écran
2 pieds optiques
Photodiode avec pile et résistance
Multimètre
Condenseur f'=8cm
Détermination des raies du mercure au monochromateur. Problème on ne voit pas le doublet du mercure. Faire mesure précise au laser de la largeur à mi hauteur. Comparer le facteur de proportionnalité à la notice. Augmenter la précision --> on utilise une méthode interférométrique
3 – Doublet du sodium
Matériel :
Michelson
Laser, lampe Hg haute pression, Lampe Na basse pression
Alim pour lampe à sodium
Lentille de focale 1m ou 1,5m + pied
Grand écran en bois
Lentille f'=10cm ou condenseur si la lampe à sodium est adaptée
On détermine le doublet du sodium à l'aide de l'interférométrie. Commentaire sur la formule de delta e : en fait la limite de précision est la distance maximale sur laquelle on peut charioter avant perte de contraste par déréglage des miroirs
Ouverture sur le Fabry-Pérot et d'autres méthodes de spectrométrie encore plus fine
MP11 Emission et absorption de la lumière
1 – Détermination de la constante de Rydberg
Matériel :
Goniomètre + lame à faces parallèles
Réseau 300 ou 600 traits/mm
Lampe de Balmer
Fente source réglable
Elevateur
Pied optique
Caractérise à la fois émission et absorption par les niveaux électroniques
Etalonner d'abord le réseau avec une lampe à mercure (en pratique plutôt après si il reste le temps)
Attention il faut penser à bloquer les vis à chaque fois quand on règle le goniomètre. Protocole bien décrit dans le poly de TP.
2 – Absorption par un semiconducteur
Matériel :
Illuminateur et Monochromateur
Echantillon de CdS
Lentille de focale 15cm
Multimètre + 3 fils
Photodiode polarisée en inverse (R=100kOhms)
Transitions entre bandes vont permettre de remonter à l'écart entre les bandes
On mesure l'absorption par un semiconducteur, explication avec le gap et estimation de l'énergie de gap. Mesurer d'abord la réponse de la photodiode sans l'échantillon. Puis calculer la transmission.
3 – Largeur de raie d'émission
Matériel :
Michelson + moteur
Laser (pour le réglage), lentille de 5mm + support + boy
Lentille f' = 1,5m et f'=30cm
Photodiode polarisée en inverse (1MOhms)
Filtre passe bas pour Michelson + 2 câbles coax
Oscillo
Lampe spectrale mercure
Filtre interférentiel à 546nm
Condenseur de 8cm
Lampe de poche
Lampe LED pour le contact optique
Mesure de la largeur de raie du mercure à l'aide de l'interféromètre de Michelson + oscillo. Tracer le contraste en fonction de x à l'oscillo et fitter une exponentielle. Enlever le filtre à la fin pour repérer le contact optique avec la teinte blanche en lumière LED s'il y a le temps sinon conclure
Document utile : https://docplayer.fr/11325662-Note-sur-la-spectroscopie-interferentielle-des-lampes-hp-et-bp-du-mercure.html
MP12 Photorécepteurs
I – Caractéristique, linéarité, sensibilité et rendement quantique de la photodiode (même manip)
Matériel :
Photodiode
Boîte AOIP 10kOhms, 100kOhms, 1MOhm
Transfo d'isolement
Laser + puissancemètre
Filtres à densité pour laser
Oscilloscope
Ajouter les densités, mesurer la sensibilité de l'appareil en fonction de le puissance apportée tout en vérifiant la linéarité
II – Réponse spectrale de la photorésistance
Matériel :
Illuminateur
Monochromateur
Amplificateur opérationnel
Alimentation stabilisée +12V/-12V
Boîte AOIP 1kOhm
Multimètre
Photorésistance CdS
Lentille f'=15cm et f'=20cm
4 pieds optiques
Hacheur optique + alimentation
Pyromètre optique + alimentation
Jeu de fentes pour monochromateur
III – Caractéristique et rendement d'une cellule photovoltaïque
Matériel :
Thermopile de Moll
Cellule photovoltaïque (monocristalline, polycristalline, amorphe)
Boîte à décades de résistance
Deux multimètres
Pied à coulisse (pour diamètre thermopile)
Réglet
Lampe Quartz Iode (pas une LED !)
Commenter le temps de réponse de la pile de Moll : détercteur thermique et non pas photoélectrique --> on doit attendre l'équilibre.
MP13 Biréfringence et pouvoir rotatoire
I – Babinet et couleurs complémentaires
Matériel :
Spath d'Islande
Une lampe QI
Compensateur de Babinet
Une lame biréfringente fine épaisseur 0,242mm
Support pour lame biréfringente
Un polariseur, un analyseur
Lentille f' = 15cm
Diaphragme
Règle graduée. Papier. Scotch. Crayon.
Filtre interférentiel vert. Filtre antithermique.
8 pieds optiques
Montrer d'abord les couleurs complémentaires sans le compensateur, avec un Spath comme analyseur. Faire la mesure de l'épaisseur optique sur la feuille avec l'interfrange en monochromatique et sans la lame. Puis faire la mesure en polychromatique en intercalant la lame.
Transition : Pour faire une mesure lame épaisse on utilise le spectre cannelé. Ici on va utiliser une méthode similaire pour étudier une autre propriété, le pouvoir rotatoire
II – Spectre cannelé pouvoir rotatoire
Matériel :
Canon à quartz
Polariseur, analyseur
Spectromètre USB et fibre optique
Support pour attacher fibre optique
Lames minces biréfringentes
Lentille f' = 15cm
Lames minces perpendiculaires pour montrer les couleurs complémentaires
6 pieds optiques
Montrer d'abord les couleurs avec lames minces + spectromètre pour montrer l'apparition de cannelures. On intercale le canon à quartz, mesure du spectre et on trouve le pouvoir rotatoire.
Bien insister sur la fait que cette technique est habituellement utilisée pour des interférences (mesure biréfringence notamment) mais ici ce ne sont pas des interférences les cannelurs sont en 1/lambda2 c'est à cause de la loi de Malus.
III – Effet Faraday
Matériel :
Gros électroaimant
Pièces cylindriques
Flint pour l'effet Faraday
Teslamètre à effet Hall + sonde
Potence + noix + deux pinces + une tige
Laser non polarisé
Polariseur + analyseur pour laser
écran
Photodiode (avec pile branchée) + fils + multimètre
4 pieds optiques
Cet effet n'est pas symétrique contrairement au quartz, montrer ça rapidement
MP14 Polarisation des ondes électromagnétiques
I – Loi de Malus
Matériel :
Alimentation pour émission hyperfréquences
Grille centimétrique
Cornet d'émission et de réception
Deux élevateurs
Pince 3 doigs assez grande
Rapporteur sur support tournant
Support tournant pour l'émetteur avec rapporteur fixe
Multimètre
Selon les récepteurs on obtient parfois une tension proportionnelle à l'amplitude et il faut alors prendre le carré. Faire tourner le récepteur en gardant l'émetteur fixe solidaire avec la grille.
II – Polarisation par réflexion
Matériel :
Surface diélectrique
Miroir aluminé
Lampe spectrale mercure
Filtre antithermique
Filtre interférentiel 546nm
Polariseur + Analyseur
Diaphragme
Hacheur optique avec polariseur tournant + alimentation
Oscilloscope
Photodiode polarisée en inverse
Lame quart d'onde 546nm + support si nécessaire
Condenseur de 12cm ou 15cm
Lentilles f'=15cm et f'=20cm
écran sur pied
10 pieds optiques
Filtre passe bas pour Michelson
Alimentation +15V/-15V
III – Spectre cannelé pour loi de Biot
Matériel :
Canon à quartz
Polariseur, analyseur
Spectromètre USB et fibre optique
Support pour attacher fibre optique
Lentille f' = 15cm
Lames minces perpendiculaires pour montrer les couleurs complémentaires
6 pieds optiques
Montrer d'abord le principe en monochromatique avec lampe Hg ou laser, puis couleurs avec lames minces puis spectromètre pour montrer l'apparition de cannelures. Si on tourne l'analyseur les cannelures bougent. On intercale le canon à quartz, mesure du spectre et on trouve le pouvoir rotatoire.
MP15 Production et mesure de champs magnétiques
Intro : Aujourd'hui on va étudier différentes manières de mesurer et de produire des champs magnétiques. C'est une grandeur qu'on peut mesurer sur plusieurs ordres de grandeur, on va aller vers des mesures de plus en plus fines dans ce montage.
On va commencer par étudier le principe de la mesure = l'effet Hall. Pour cela on utilise un électroaimant qui canalise les lignes de champ (champ magnétique intense).
I – Principe du teslamètre : l'effet Hall
Matériel :
Petit électroaimant avec pièces cylindriques
Sonde à effet Hall + Teslamètre
2 multimètres
Alimentation noire électroaimant
Plaquette pour effet Hall
Fils électriques longs
Potence, 2 noix, 1 pince flexible
Première manip qualitative : mesure au fluxmètre dans l'électroaimant. Inconvénient = il faut que le champ soit non uniforme. En pratique aujourd'hui on n'utilise pas vraiment cet effet mais plutôt ce qu'on appelle l'effet Hall.
Bien penser à faire la compensation !
Ici comparer le coeff au coeff théorique (on ne veut pas remonter aux porteurs de charge).
II – Champ produit par les bobines de Helmholtz
Matériel :
Table traçante
Bobines de Helmholtz
Deux multimètres (dont 1 Agilent contrôlable par ordi, avec câble USB associé)
Un teslamètre
Une sonde à effet Hall (longue)
2 noix, une pince 2 doigts pour la sonde
Un oscillo
Câbles coax et fils
Un niveau à bulles
Deux élevateurs
Galette d'acquisition LatisPro / Interface
Un générateur de tension continue débitant 5A
Un chronomètre et un mètre
Manip : faire déplacer la sonde à la vitesse la plus faible (chronométrer pour mesurer la vitese). Utiliser la fonction 'table traçante' de Interface (rien à voir avec la table traçante physique qui dit être déconnectée). Il faut aider l'ajustement. Faire le fit pour une seule spire et montrer le champ des bobines de Helmholtz après.
III – Mesure du champ magnétique terrestre
Matériel :
Support avec spires et boussole
Alim continue 5A
Un multimètre
Une boussole toute seule (pour vérifier le Nord)
!!!! Attention se placer loin de l'électroaimant !!!!!
On choisit la spire de rayon le plus grand pour être bien dans l'approximation où on est sur l'axe et en x = 0.
Valeur du champ magnétique terrestre : rechercher à la station de Chambon-la-Forêt : http://www.bcmt.fr/data_plot.php
Conclusion : on a vu différents moyens de mesurer le champ magnétique. Il existe d'autres méthodes comme l'utilisation du fluxmètre qui permet de trouver le champ en un point par intégration
MP16 Milieux magnétiques
Il y a des matériaux qui réagissent différemment au champ magnétique à cause de raisons physiques différentes. On va étudier aujourd'hui leurs propriétés.
Manip d'intro : mise en évidence des différents types avec échantillons dans l'électroaimant.
I – Susceptibilité magnétique de FeCl3
Matériel :
Une potence + noix + pince pour la sonde
tube avec FeCl3
Lentille f' = 15cm
Lampe QI
Papier millimétré
Grand écran en bois
Gros électroaimant avec alimentation
Règle graduée + mètre
Teslamètre à effet Hall : sonde + afficheur
RàS cf poly TP. Valeur théorique sur Wikipédia ou FLEURY MATHIEU TOME 6
II – Cycle d'hystérésis d'un matériau ferromagnétique
Matériel :
Alternostat 220V/110V
Transformateur démontable n1 = 500 spires, n2<n1
Rhéostat 20 à 30 Ohms
Boîte à décades de capacités (4 à 10µF)
Boîte AOIP 100kOhms
Wattmètre numérique
Oscilloscope qu'on peut relier à l'ordinateur avec câble / clé USB
Fils de sécurité
Multimètre
Réglet
On peut calculer les pertes dissipées et vérifier que ça correspond à la mesure. Compromis entre pertes fer et canalisation des lignes de champ = fuites magnétiques si on n'avait pas pris un ferro.
On a H = -n1*I/L = -n1/(R*L)*Vx où L est la longueur du circuit magnétique
et B = -R' * C/(n2*S) * Vy où S est la section du circuit magnétique
III – Mesure de la température de Curie du fer
Matériel :
Bec bunsen
Aimant
Potence + noix
Protection contre la chaleur
Matériau en fer + fil
Thermocouple + boîtier
Observer et mesurer la température de Curie : on passe d'une phase paramagnétique à une phase ferromagnétique spontanée. On détermine la température de transition.
MP17 Métaux
On va illustrer diverses propriétés des métaux qui tiennent au gaz d'électrons en particulier on va essayer d'obtenir un ordre de grandeur de la charge de l'électron et de la densité d'électrons dans un métal.
1 – Conductivité thermique du cuivre
Matériel :
Barreau de cuivre avec tuyaux pour l'eau
Deux multimètres, quelques fils
Alimentation continue stabilisée
Deux câbles pour thermocouple + boîtier (mesure différentielle)
2 – Résistivité du cuivre
Matériel :
Ohmmètre 4 points
Bobine de cuivre dans cuve plexiglas
Bouilloire, glacière
Fils les plus courts possibles
Thermomètre à platine
Agitateur magnétique
fit de Wiedemann-Franz --> on trouve la valeur de L
3 – Elastica
Matériel :
Boîte pour Elastica
Balance de précision
Oscillo
Alim fourche optique 0/5V
Niveau à bulles
Détermination du module d'Young. On peut alors retrouver un ordre de grandeur du nombre d'électrons dans un métal à partir de T_F (en fonction de n) et E~n k_B T_F(n)
MP18 Semiconducteurs
I – Estimation du gap d'un semiconducteur à partir de son absorption
Matériel :
Illuminateur
Monochromateur
Multimètre
Semiconducteur
Lentille f'=15cm et f'=20cm
4 pieds optiques
Hacheur optique + alimentation
Pyromètre optique + alimentation
Jeu de fentes pour monochromateur
Photodiode polarisée en inverse
On fait le spectre en transmission avec la photodiode puis en rajoutant le semiconducteur et on observe ce qui se passe.
II – Conductivité en fonction de la température
Matériel :
Plaquette de germanium intrinsèque
Alimentation continue 15V/10A
3 multimètres
Thermocouple
Mesurer directement la résistance en fonction de T et ajuster la loi exponentielle, commenter par rapport à la plupart des métaux.
III – Effet Hall
Matériel :
Petit électroaimant avec pièces cylindriques
Sonde à effet Hall + Teslamètre
2 multimètres
Alimentation noire électroaimant
Plaquette pour effet Hall
Fils électriques longs
Potence, 2 noix, 1 pince flexible
Bien penser à l'offset. Les branchements sont directement indiqués sur la plaquette, pas besoin de l'alimenter.
MP19 Effets capacitifs
1 – Condensateur d'Aepinus
Matériel :
Condensateur d'Aepinus
RLC-mètre
Câbles BNC banane (masses à la borne guard permettent d'isoler des perturbations)
Plaques de diélectriques
Vérification de la loi C = epsilon*S/e
Attention aller dans le sens des épaisseurs décroissantes pour éviter de décharger le condensateur
On ajoute un diélectrique, la capacité augmente --> on peut améliorer la sensibilité et donc en faire un capteur
2 – Capteur de niveau d'eau capacitif
Matériel :
Grande éprouvette en plaqtique
Capteur d'eau capactif
RLC-mètre
Elevateur
RàS. Faire une droite d'étalonnage en préparation et avec un point en direct.
Mesurer une hauteur d'eau avec la droite d'étalonnage.
3 – Capacité d'une inductance
Cf CR 2019
Il faut mesurer la résonance en intensité du circuit avec une toute petite résistance en série (50Ohms) et ensuite faire sa propre détection synchrone pour mesurer L à la fréquence de résonance.
Matériel :
2 AO + alim +12/-12
Multiplieur + alim +15/-15V + ponts pour bloquer entrées – du multiplieur
Boîtes AOIP 1*1Ohms, 1*10Ohms et 3*1kOhm
Une boîte de capacités
Une boîte de résistances
Une bobine Leybold
Multimètre
GBF
RLC mètre
Principe :
Envoyer un signal sur la bobine en série avec une toute petite résistance. Mettre un suiveur après l'intensité, envoyer sur multiplieur la sortie du GBF et la tension aux bornes de R (ie l'intensité).
Si Z = X+jY on obtient V1 = K R X U0^2 / (X^2 + Y^2).
On rajoute un déphaseur en sortie de l'intensité en adaptant R et C à la fréquence de résonance. On obtient un nouveau signal V2 = K R Y U0^2 / (X^2 + Y^2).
Mesure avec la résonance : faire le Bode du circuit en intensité et observer l'antirésonance, ou tracer Z et observer le pic.
MP20 Induction, auto-induction
1 – Chute d'un aimant dans une barre de fer
Matériel :
Grande potence
Deux grosses pinces
Bobines adaptées avec les 4 tuyaux
Deux coax (BNC-banane)
Oscillo
Aimant à faire chuter
Démonstration qualitative du phénomène d'induction. Mise en évidence qualitative.
Puis chute dans un aimant : freinage magnétique.
Mesure conductivité de différents métaux par cette méthode. On vérifie que c'est linéaire
2 – Mesure d'un coefficient d'auto-induction
Matériel :
Une boîte de capacités
Une inductance tabulée à mesurer
Une boîte à décades de résistance
Un GBF
Un oscillo
RLC mètre
Des fils, coax etc...
Définition de l'inductance, propriétés principales. Mesure dans un circuit RLC série par repérage de la résonance.
Ne pas oublier la résistance du GBF 50Ohms. R = 200Ohms , L = 30mH, C = 10nF. Ajustement de la phase : atan(w/(2Qw0)/((w/w0)^2-1))-pi*(sign(w-w0)+1)/2 (Il faut prendre en compte la phase décalée en pi/2 par la fonction arctan)
3 – Mesure d'un coefficient de couplage par mutuelle
Matériel :
Deux bobines de Helmholtz
Deux boîtes de capacité
Un interrupteur
Fils + câbles alim
Un GBF
R = 1kOhm
Un oscillo
Deux multimètres
Deux transformateurs 1:1
Ampli de puissance
Mesure directe du couplage et mesure par la fréquence de résonance. Comparaison qualitative des résultats.
MP21 Production et conversion d'énergie électrique
I – Caractéristique et rendement d'une cellule photovoltaïque
Matériel :
Thermopile de Moll
Cellule photovoltaïque (monocristalline, polycristalline, amorphe)
Boîte à décades de résistance
Deux multimètres
Pied à coulisse (pour diamètre thermopile)
Réglet
Lampe Quartz Iode (pas une LED !)
II – Conversion alternatif-continu – Zener
Matériel :
Transformateur 0 à 110V
Transformateur démontable Leybold avec 1000spires et 500spires ou 500 et 250spires (le secondaire doit avoir une entrée au milieu) (compatible fils sécurité)
2 diodes de redressement 1000V/3A
Condensateur chimique 10mF
Boîte de capacités
2 Boites AOIP 10Ohms
Diode Zener 6,8V supportant fort courant
Transistor PNP
Rhéostat 22 Ohms
Boîte à décades résistances
Oscillo
Boîte prémontée
Fils de sécurité
III – Etude d'un transformateur
Matériel :
Transformateur 220V/110V
Transfo 110V/55V (à étudier)
Transformateur démontable Leybold 500 spires / 250 spires
Wattmètre numérique
Rhéostat 100Ohms (ne pas aller en dessous de 50)
2 multimètres
Boîte de capacités
Boîte AOIP 100kOhms
Oscillo
Fils de sécurité
MP22 Amplification de signaux
I – Amplificateur en tension : étude du montage non inverseur
Matériel :
AO 741
Testeur d'AO
Alim +12V/-12V
Résistances R1 = 1kOhm et R2 = 2kOhm
GBF Agilent (compatible logiciel Interface) + câble USB
Oscillo + câble USB
Boîte à décades de résistances (charge)
Vérifier conservation du produit Gain-Bande. Ensuite montrer les limitations de l'AO (intensité, vitesse de balayage) --> nécessité d'un suiveur en puissance
II – Amplificateur en puissance : le montage push-pull
Matériel :
GBF Agilent
Résistance AOIP *10Ohms
Transistor npn + Transistor pnp
Alimentation symétrique +12V/-12V
Rhéostat 100 Ohms
Boîtes AOIP 100 Ohms et 1kOhm
Oscillo
4 multimètres
Un wattmètre
Manips :
Montrer le montage, commenter la distorsion de croisement et la faible impédance de sortie.
Détermination résistance de sortie du push-pull (on doit trouver 1Ohm)
Détermination du gain en puissance et du rendement de puissance.
Conclusion sur la nécessité de combiner les deux types de montages
MP23 Mise en forme, transport et détection de l'information
I – Modulation en fréquence : la bande de Carson
Matériel :
Un GBF Agilent, un GBF Metrix
Multimètre
Oscilloscope
Vérifier la bande de Carson en faisant la somme des amplitudes des pics en dB. Faire en sorte que la bande soit large.
Paramètres : f1 = 100Hz, f2 = 10kHz, FreqDev = 1kHz, A2 = 2V, A1 = 2,5V
II – Boucle à verrouillage de phase
Matériel :
Deux GBF Agilent
Multiplieur + ponts pour bornes négatives
Alimentation +15V/-15V
Boîte à décades de capacités (1µF)
Boîte AOIP 1kOhm
Ampli Op
Alimentation +12V/-12V
Deux oscilloscopes
Montrer le principe, mesurer la largeur de la plage de Verrouillage.
Paramètres : f = 10kHz, freqdev = 2kHz, amplitudes de 5V
III – Câble coaxial
Matériel :
Boîte à décades de résistances
GBF Metrix bleu ou générateur de pulses
Oscilloscope
Long câble coaxial (100m) et câble très court
Potentiomètre variable pour câble coaxial
Faire un pulse pour annuler la réflexion et en déduire l'impédance caractéristique.
Puis ensuite faire la mesure en mettant l'impédance en bout de câble, avec le câble court et avec le long. Ne pas utiliser de multimètre (ne supportent pas les hautes fréquences)
MP24 Signal et bruit
I – Amélioration d'un rapport signal/bruit
Matériel :
Générateur de bruit
GBF
Résistance
Condensateur
Oscillo + connexion vers ordinateur
Lampe spectrale mercure haute pression
Filtre passe-bas pour Michelson
Hacheur optique + polariseur tournant
Diaphragme
Ecran
Filtre antithermique
Filtre interférentiel vert
Miroir aluminé sur pied
Photodiode polarisée en inverse
Lentille de focale 15 ou 20cm
Polariseur
Condenseur de 12cm
Alimentation +12V/-12V
Mesurer l'amélioration du rapport signal/bruit d'abord avec le générateur de bruit (bruit blanc) puis avec un signal réel.
II – Détection synchrone pour éliminer le bruit
Matériel :
Trois GBF
Deux oscillos
Deux multiplieurs. Alim +15/-15V
2 boîtes à décades résistances. 2 boîtes à décades condensateurs
Emetteur récepteur ultrasons
Banc de déplacement à vitesse constante
Thermocouple
Principe : le passe bas élimine toutes les composantes fréquentielles qui ne sont pas intéressantes
III – Une origine du bruit : le bruit thermique
Matériel :
Azote liquide, dewar, gants et lunettes
Thermomètre à sonde de platine
Multimètre
Ohmmètre
Bouilloire, glace
Agitateur magnétique + barreau aimanté
Grand bécher de 500mL
Résistance et ampli pour mesure du bruit thermique
Très grande potence, noix, pinces (2 pinces pour résistance + 1 pince pour thermomètre)
Elevateur
Marche bien, le faire sur une large gamme de température. Un peu boîte noire, à éviter.
MP25 Mesure de fréquences temporelles
I – Méthode historique de mesure de fréquence : pont de Wien-Robinson
Matériel :
http://ressources.univ-lemans.fr/AccesLibre/UM/Pedago/physique/02/electri/robinson.html
4 boîtes AOIP résistances
2 multimètres
1 RLC-mètre
4 boites à décades résistances
2 boîtes à décades capacités
Un GBF
Commenter la mauvaise précision de la mesure surtout vu les grosses incertitudes sur la boîte à décades résistance
II – Mesure de la fréquence d'un diapason : illustration de différentes méthodes
Matériel :
Petit stroboscope
Potence, noix, pince trois doigts pour le strobo
Lentille de 10 cm (condenseur)
Lentille de 15 cm (image) + prévoir rab en lentilles
Petit diapason et marteau pour l'exciter
Microphone à électret et alimentation si nécessaire
Oscilloscope
Chronomètre
Grand écran en bois
Mesure stroboscopique de la fréquence : on obtient une précision moyenne.
Mesure au fréquencemètre numérique. On observe finalement une précision mauvaise en fait c'est à cause de la largeur temporelle.
Mesure par FFT sur l'oscillo en prenant une fenêtre plus longue : on observe finalement l'impact du temps d'acquisition, du fenêtrage (tester différentes fenêtres) et finalement on fait la mesure la plus précise possible.
III – Mesure par détection synchrone
Matériel :
Trois GBF
Deux oscillos
Deux multiplieurs. Alim +15/-15V
2 boîtes à décades résistances. 2 boîtes à décades condensateurs
Emetteur récepteur ultrasons
Banc de déplacement à vitesse constante
Thermocouple
Mesure du désaccord entre deux GBF --> commentaire sur l'incertitude associée à cette valeur affichée. Application : effet Doppler acoustique qui permet de mesurer une vitesse.
MP26 Mesure de longueurs
I – Mesure par télémétrie acoustique
Matériel :
Banc optique Avec 2 pieds (dont un pied décalable horizontalement)
émetteur + récepteur acoustique
Oscilloscope
GBF
Ecran
Noix et tige
Thermocouple
Faire une droite d'étalonnage puis mesurer une distance. Vérifier la valeur de la vitesse du son.
II – Mesure de l'épaisseur d'une lame de microscope
Matériel :
Interféromètre de Michelson
Lampe QI. Lampe spectrale Hg haute pression. Laser.
2 condenseurs de 7-8cm
Lentille de 20cm
Lentille de 1m ou 1,5m
Grand écran en bois
Support pour fibre optique
Spectromètre USB puis câble pour ordinateur
Lamelle de microscope
Pied à coulisse
Se mettre au contact optique puis passer en coin d'air et faire une première mesure. Puis revenir au contact, passer en anneaux, faire l'image à 20cm et prendre la lumière en fibre optique, faire la mesure au spectre cannelé. Comparer enfin la précision relative des trois mesures.
III – Mesure de la largeur entre plans réticulaires du graphite
Matériel :
Alimentation haute tension 5kV + alternative 6V
Deux multimètres
Fils de sécurité haute tension
Tube cathodique
Support pour le tube
Rhéostat 22 Ohms
Attention aux branchements, bien regarder la notice. La partie droite de l'alimentation sert directement au chauffage, pas besoin d'une alimentation supplémentaire.
MP27 Systèmes bouclés
I – Asservissement : boucle à verrouillage de phase
Matériel :
Matériel :
Deux GBF Agilent
Multiplieur + ponts pour bornes négatives
Alimentation +15V/-15V
Boîte à décades de capacités (1µF)
Boîte AOIP 1kOhm
Ampli Op
Alimentation +12V/-12V
Deux oscilloscopes
Montrer le principe, mesurer la largeur de la plage de Verrouillage.
Paramètres : f = 10kHz, freqdev = 2kHz, amplitudes de 5V
Vérification de la plage de verrouillage et la plage de capture.
Commentaires sur la précision du dispositif (signal en sortie du suiveur qui est non nul : l'erreur statique est proportionnelle à la fréquence)
Illustration de la modulation et démodulation : application du système
II – Oscillateur à pont de Wien et à quartz
Matériel :
4 boîtes de résistances et 2 boîtes de condensateurs
Quartz
Un oscillo
Un GBF
Un multimètre
Un RCL-mètre
Un quartz
Etude en circuit ouvert : tracé du lieu de Nyquist et commentaire sur l'instabilité. Détermination du facteur de qualité et commentaire.
Détermination de la valeur de résistance critique
Détermination plus précise en ajustant les oscillations de départ et comparaison à la valeur théorique.
Détermination du taux de distorsion harmonique (voltmètre RMS / hauteur pic central FFT)
Ajout d'un quartz : oscillations beaucoup plus pure
MP28 Instabilités et phénomènes non linéaires
I – Instabilité de Taylor-Couette
Matériel :
Viscosimètre de Couette rempli de glycérol + moteur à courant continu
Alimentation pour fourche optique
Alimentation continue
Oscilloscope
Laser
Lentille cylindrique inclinée à 45°
Attention le seuil indiqué dans la notice est à prendre à la descente !
II – Elastica
Matériel :
Boîte pour Elastica
Balance de précision
Oscillo
Alim fourche optique 0/5V
Niveau à bulles
Faire la mesure de la masse critique et vérifier la valeur obtenue, commenter la divergence de la période.
III – Formule de Borda
Matériel :
Pendule pesant
Galette LatisPro
Réglet
Balance de précision
Vérifier la formule de Borda et commenter.
MP29 Ondes : propagation et conditions aux limites
I – Cuve à ondes
Matériel :
Cuve à ondes + stroboscope associé + alim stroboscope
Grande bouteille d'eau permutée
Ethanol + chiffon
2 Réglets + Scotch
Oscilloscope
Appareil photo ou caméra ou flexcam qui se connecte à l'ordinateur
Niveau à bulles
II – Propagation guidée des ondes acoustiques
Matériel :
4 Pieds optiques
émetteur et récepteur à ultrasons
Oscillo
GBF
Tube en plastique de diamètre 24mm
Pinces pour tenir le tube
Pied à coulisse
Mètre déroulable
III – Corde de Melde
Matériel :
Vibreur
Corde
Balance de précision
GBF précis Agilent
Amplificateur
Potence, noix, poulie
Boîte de masses
Mètre déroulable
Vérifier la relation de dispersion des ondes à partir de la mesure des fréquences de résonance pour différentes masses et longueurs de corde. Attention à bien fixer le vibreur !
MP30 Acoustique
I – Facteur de qualité d'un diapason
Matériel :
Potence + noix
Petit diapason
Micro à électret + alim
Voltmètre très précis
GBF
Bobine 50mH environ + noyau tronconique fer doux
Boîte à décades capacités (pour faire une résonance)
Faire le fit et déterminer Q. Etre prêt à faire 10 points devant le jury. Ou bien réajuster par la valeur maximale de la résonance en disant que ça a bougé.
II – Guidage des ondes
Matériel :
4 pieds optiques
Un GBF
Un oscillo
émetteur + récepteur à ultrasons
Mètre + pied à coulisse
Tuyau assez large (diamètre 24mm environ gris foncé) + pinces pour le tenir
Vérification de la relation de dispersion, identification des différents modes. Bien incliner et déplacer émetteur/récepteur pour identifier les modes.
III – Diffraction acousto-optique
Matériel :
Cuve à ultrasons + alim avec deux transformateurs variables
Câbles sécurisés
Laser avec son pied
Grand écran en bois
Pied à coulisse
Règle
Oscilloscope
Grand mètre.
Faire la mesure de la fréquence (par induction) et de la distance puis en déduire la vitesse des ultrasons dans l'eau.
MP31 Résonance
I – Résonance d'un diapason
Matériel :
Potence + noix
Petit diapason
Micro à électret + alim
Voltmètre très précis
GBF
Bobine 50mH environ + noyau tronconique fer doux
Boîte à décades capacités
II – Circuits RLC couplés
Matériel :
Deux bobines de Helmholtz
Deux boîtes de capacités
Un interrupteur
Fils + câbles alim
Un GBF
R = 1kOhm
Un oscillo
Deux multimètres
Deux transformateurs 1:1
Ampli de puissance
RLC mètre
III – Corde de Melde
Matériel :
Vibreur
Corde
Balance de précision
GBF précis Agilent
Amplificateur
Potence, noix, poulie
Boîte de masses
Mètre déroulable
Vérifier la relation de dispersion des ondes à partir de la mesure des fréquences de résonance pour différentes masses et longueurs de corde. Attention à bien fixer le vibreur !
MP32 Couplage des oscillateurs
I – Couplage de pendules
Matériel :
Deux pendules avec tachymètre
Boîte de ressorts à torsion
Rapporteur
Balance de précision
Réglet de 50cm
Galette LatisPro
Penser à mesurer la constante de torsion en avance pour vérifier la loi, pour cela tirer un pendule et regarder l'angle de l'autre.
II – Couplage par mutuelle
Matériel :
Deux bobines de Helmholtz
Deux boîtes de capacité
Un interrupteur
Fils + câbles alim
Un GBF
R = 1kOhm
Un oscillo
Deux multimètres
Deux transformateurs 1:1
Ampli de puissance
RLC mètre
III – Couplage de N oscillateurs
Matériel :
Plaquette avec 8 circuits LC couplés
GBF Agilent pour excitation impulsionnelle
Oscilloscope
Câble coaxial
Résistance de 50Ohms
RLC-mètre
Faire d'abord la relation de dispersion pour les 8 circuits et montrer la propagation dans le câble coaxial en vérifiant la vitesse de phase.
MP33 Régimes transitoires
I – Diffusion du glycérol dans l'eau
Matériel :
Cuve de largeur 1cm à faces parallèles
Laser
Lentille cylindrique + pied optique
Potence, écran
Mélange Eau-Glycérol à 50%
Burette incurvée sur le bas si possible
Entonnoir
Eau permutée
Papier millimétré
Mètre déroulable
Pied à coulisse
2 Elevateurs
Bien penser à lancer la mesure en avance, 1 heure à 1h30 avant le passage
II – Oscillateur à pont de Wien
Matériel :
4 boîtes de résistances et 2 boîtes de condensateurs
Quartz
Un oscillo + connexion vers l'ordinateur
Un GBF
Un multimètre
Un RCL-mètre
Etude en circuit ouvert : tracé du lieu de Nyquist et commentaire sur l'instabilité.
Détermination de la valeur de résistance critique
Détermination plus précise en ajustant les oscillations de départ et comparaison à la valeur théorique.
III – Ralentissement critique – Elastica
Matériel :
Boîte pour Elastica
Balance de précision
Oscillo
Alim fourche optique 0/5V
Niveau à bulles
Bien insister sur le fait que l'on étudie la pseudo-période du régime transitoire. Montrer qu'elle diverge quand on se rapproche du centre du potentiel et donc le temps de retour à l'équilibre diverge.
MP34 Phénomènes de transport
I – Diffusion du glycérol dans l'eau
Matériel :
Cuve de largeur 1cm à faces parallèles
Laser
Lentille cylindrique + pied optique
Potence, écran
Mélange Eau-Glycérol à 50%
Burette incurvée sur le bas si possible
Entonnoir
Eau permutée
Papier millimétré
Mètre déroulable
Pied à coulisse
2 Elevateurs
Bien penser à lancer la mesure en avance, 1 heure à 1h30 avant le passage
II – Loi de Stefan-Boltzmann
Matériel :
Four (loi de Stefan)
Thermocouple et boîtier de mesure
Transformateur pour prise du secteur + câble qui va vers le four
Tuyaux pour l'eau
Une potence, une noix, une pince flexible
Un nanovoltmètre
La thermopile de Moll avec un pied optique
Deux fils électriques
Une règle pour mesurer les distances, un pied à coulisse.
Faire monter la température du four à 400°C. Prendre à la descente un point toutes les 2 min environ. Temps de réponse de la thermopile de 2 à 3s. On peut retrouver la loi théorique de Stefan avec le coefficient.
On trouve une valeur un peu faible pour sigma (3,33e−08) et c'est probablement dû aux mauvaises estimations des distances.
Ajustement :
sigma*((x^4)-(T0^4))*160*((2.5e-2)^2)*((1.9e-2)^2)/((10.5e-2)^2)/16*3.14
III – Transport par diffusion ou convection : instabilité de Taylor-Couette
Taylor critique = limite entre deux modes de transport différents : la diffusion et la convection.
Matériel :
Viscosimètre de Couette rempli de glycérol + moteur à courant continu
Alimentation pour fourche optique
Alimentation continue
Oscilloscope
Laser
Lentille cylindrique inclinée à 45°
MP35 Moteurs
I – Moteur de Stirling
Matériel :
Moteur de Stirling
Pressiomètre Jeulin ou manomètre différentiel avec alim
Lampe à éthanol
Alimentation continue
Boîte d'alumettes
Oscilloscope + connexion ordi
II – Moteur à courant continu
Matériel :
Grosse pince + poulie pour les poids
Poids de 1kg à 5kg
Scotch coloré
Caméra rapide
Deux multimètres
Interrupteur inverseur
Moteur à courant continu
Alimentation continue 40V/15A
Faire des caractéristiques à charge constante (pour U = K W) et à tension constante nominale de 12V (gamma = KI)
III – Moteur asynchrone
Matériel :
Kit moteur asynchrone
Fils sécurisés
3 multimètres
Alimentation continue 10V/5A
Calculer le rendement en faisant varier le couple résistif et vérifier la valeur constructeur.