Table des matières

                                      Groupe 12

Participants

Référent

                                                Planning du groupe
                                                 Disque de Faraday

wikipédia exemple d'expérience vidéo 

                                                  Journal de bord

10/02/2021 : Discussion sur le choix du projet :

En présentiel : René, Scott, Yoann

Rencontre avec notre professeur référent Vincent Dupuis et discussion du déroulement général du projet. Ensuite discussion entre membres du groupe sur le sujet du projet:

Projets proposés

a. Disque de faraday

wikipédia.

Il s'agit du premier générateur homopolaire, il permet d'obtenir de l'électricité à partir d'un champ magnétique statique et uniforme.

b. Radiomètre de Crook/nichols

wikipédia radiomètre de Crook wikipédia radiomètre de Nichols

Il permet de mesurer les radiations magnétiques.

c. Aimantation permanente

wikipédia

Propriété autour de l'aimantation et du champ magnétique.

13/02/2021 : Choix du projet et mise en place du wiki : Discussion en groupe

Projet choisi

Disque de Faraday

Le sujet du Radiomètre de Crook/nichols semblait très intéressant, mais les manipulations étaient très compliquées et très pointues. Notamment au niveau de la mise à vide de l'ampoule ou des matériaux utilisés (ex : le mica) ou encore la suspension du dispositif en évitant un maximum les frottements.

Pour ce qui est du disque de Faraday, le sujet nous plaît tout d'abord beaucoup et ensuite expérimentalement parlant, ce sujet est plus intéressant pour nous. Nous avons en tête de construire plusieurs disques de Faraday en commençant par le disque originel puis en le déclinant en ciblant certains points et en relevant les points positifs et négatifs.

17/02/2021 :

En présentiel : Scott, Yoann

Mise au point sur le déroulé des expériences et d'un emploi du temps. On décide d'organiser le début de la construction du disque de Faraday originel avant le début des vacances. On vérifie avec le fab lab le matériel qu'ils peuvent nous mettre à disposition et celui dont on a besoin.

Matériel nécessaire pour commencer :

18/02/2021

Discussion avec le mécanicien de l'UFR de physique sur les possibilités de fabrication à la faculté.

Il n'est pas possible de découper une plaque de métal à la fac, la découpe laser est réservée au plastique et au bois.

→Alternative 1 : mettre de l'aluminium sur un disque de bois préalablement découpé aux dimensions souhaitées.

→Alternative 2 : Acheter un disque de métal tout fait

→Alternative 3 : Acheter plaque de métal, puis trouver un moyen de la découper en cercle.

La découpe de bois est possible au fab lab

→Créer les patrons pour le bâti au préalable.

22/02/2021

Répartition des tâches:

Questions plutôt théoriques :

  1. Fonctionnement théorique du disque de Faraday? → René
  2. Sur le disque de Faraday quels sont les points positifs et les points négatifs? Que peut-on améliorer? → René
  3. Quelle est l'histoire du disque de Faraday et dans quoi l'utilise-t-on aujourd'hui (application)? → Keyron/Jennifer
  4. Quelles sont les diverses déclinaisons du disque de Faraday? → Keyron/Jennifer

Questions plutôt pratiques :

  1. Quels matériaux privilégier pour le disque? → Scott et Yoann
  2. Quelle taille pour le disque? → Scott et Yoann
  3. Quels matériaux pour le bâti? → Scott et Yoann

Tâches plutôt pratiques :

  1. Faire un schéma (patron) des pièces pour le bâti du disque de faraday 1 → Scott et Yoann

24/02/2021

On crée un groupe de discord pour pouvoir parler sur les différents aspects du projets. On se donne rendez-vous pour se mettre au clair avec tous les membres

27/02/2021

Chaque paire ou membre rend un compte rendu sur les questions posées et les différents aspects du projets.

01/03/2021

On parle avec le technicien pour les possibilités sur la découpe des matériaux et la commande de ces matériaux.

02/03/2021

On met en commun toutes les informations et les possibilités sur les achats des matériaux et les commandes possibles sur la page web de commandes de l’université.

03/03/2021

On recherche d’autres entreprises pour rechercher les matériaux, étant donné que l'université (Fablab, département de physique, département de mécanique, département de chimie) ne disposent pas des matériaux concrets bruts (plaques métalliques) pour notre projet. Ainsi que des endroits où l'on pourrait faire des découpages de métaux.

04/03/2021

On se met d'accord sur les parties théoriques à développer pour chacun, équations et calculs, quelles valeurs on devrait avoir, les dimensions des plaques et valeurs de courant comparé à l’expérience originale.

05/03/2021

On décide d’acheter nous mêmes les matériaux étant donné que l'université ne dispose pas de ces derniers, et faire une répartition des coûts entre les membres.

10/03/2021

On propose de faire un modèle brut fais en bois du montage avec ce qui est disponible au fablab avant de commander les matériaux dans une entreprise (afin d'éviter de possibles erreurs, gaspillage et pertes d’argents).

15/03/2021

Certains membres se présentent au fablab pour voir comment faire un montage avec les outils du laboratoire.

17/03/2021

Voyant la possibilité du montage, via inkscape avec des schémas dessinés on choisi les différentes entreprises pour nous livrer les différents matériaux.

19/03/2021

On discute sur les prix à payer par rapport à l’experience idéale qu’on voudrait faire et le coût total du montage. De nouvelles idées sont proposées sur les différentes expériences à réaliser, plus ou moins coûteuses.

20/03/2021

On commande un aiment en ferrite/nickel principalement en forme de U. “Grand aimant en forme de fer à cheval de 10 cm de hauteur, composé d'aluminium-nickel-cobalt et fer (AlNiCo). Bien plus puissant qu'un aimant férrite, ce dernier reste, néanmoins plus faible que le néodyme.” Il devrait arriver sous 3-4 jours.

23/03/2021

On se donne rendez-vous pour faire le montage modèle (en bois) au fablab.

24/03/2021

Travaillent sur le théorique: Keyron, Jennifer, Pierre

Rédaction du rapport écrit : Sommaire, Format, données et annexes. Mis à jour du docuwiki Détermination des ordres de grandeurs du phénomène ( courant induit, Taille du disque, Champs B de l'aimant)

Découpes des pièces du bâti en bois et mis en place expérimentale: Scott, René, Nikita, Yoann

-Dessin des plans sur le logiciel festibox

-Découpeuse laser:

-Structures soutenant le disque, à clipser au support:

31/03/2021

Achat de la tige en cuivre dans une quincaillerie au niveau des chutes de cuivre (c'est moins cher et ça évite le gaspillage):

On à coupé la tige pour quelle de la bonne taille pour notre bâti soit de 20 cm de long. Ensuite, pour éviter que la tige ne bouge sur son support (le bâti en bois), nous avons décidé de la percer puis de mettre des vis qui pourront éviter que cette dernière ne bouge trop.

Perçage de la tige de cuivre:

7/04/2021

Pour être sûr des mesures et faire quelques ajustements, nous avons découpé des disques en bois pour faire des tests et voir que tout allait bien et éventuellement observer des difficultés que nous aurions pu ne pas prévoir.

Nous avons notre aimant en U.

Nous avons donc à peu près tout omis les disques de métaux. On met tout en place, une sorte de simulations avec un disque en bois.

14/04/2021

-Finir la manivelle: On a terminé la manivelle en créant un petit rectangle de bois avec deux trous de 1 cm de diamètre (diamètre de la tige) puis en découpant un morceau de tige en cuivre de 8 cm (taille pour une bonne prise en main). On a poncé les trous et les tiges pour une meilleure finition et que chacun rentre parfaitement dans l'autre.

21/04/2021 Quelques finitions sur le disque de Faraday:

-création des disques de cuivre de 1 mm d'épaisseur: Nous avions une plaque de 20 cm sur 40 cm de cuivre de 1 mm d'épaisseur. Le but était d'en obtenir deux disques, un de 10 cm de diamètre et un de 20 cm de diamètre. Nous avons commencé par découper la plaque en deux. D'abord avec la scie sauteuse, mais ça ne marchait pas très bien, trop de vibration, découpage grossier. Nous avons donc fait la suite avec une paire de ciseaux pour métaux, le résultat était déjà beaucoup plus satisfaisant. nous avons donc découpé nos deux disques et fais la finition avec la ponceuse, pour un résultat plus net et propre.

-Tester la pose du disque sur la tige: Une des difficultés était de faire en sorte que le disque tienne sur la tige sans se déplacer sur cette dernière et en suivant son mouvement. Pour ce faire nous avons testé plusieurs choses: -essayer juste avec les frottements ⇒ insuffisant et inefficace -avec des joints ⇒ insuffisant -avec de la pâte (type pâte à fixe) ⇒ efficace et satisfaisant.

Autre point, le bâti tient plutôt bien mais lorsque l'on tourne la manivelle avec le disque dessus, le bâti bouge un peu. Pour y remédier, nous avons choisi de renforcer ce dernier avec des L en plastique dans des proportions choisi, que l'on construira à l'imprimante 3D.

-Tester si on observe un courant: Une fois notre disque de faraday mis en place, nous voulions vérifier si nous avions bien un courant. Nous avons donc commencé avec le disque de 10 cm de diamètre, nous avons tout mis en place (l'aimant etc). Puis nous avons utilisé un voltmètre de contact, une des extrémités en contact avec le centre du disque et l'autre avec l'extérieur du disque. On a ensuite fait tourner le disque et nous avons observé un courant d'environ 10 micro-ampères. C'est un courant très faible, mais on s'y attendait, il s'agit du disque le plus fin et le plus petit que nous ayons.

-Réflexion sur la vitesse de rotation: Tourner à la main permet d'effectuer la rotation du disque, mais la vitesse reste assez faible et pas totalement constante. Pour remédier à cela nous avons réfléchi à différentes possibilités: -effectuer la rotation à l'aide d'une perceuse ⇒ la vitesse est constante, connue et plus ou moins rapide ⇒ ça marche plutôt bien.

Pour la semaine prochaine: faire les mesures pour tous les disques que nous avons en faisant donc varier la taille, l'épaisseur et le métal.

26/04/2021

Le but de cette séance était de faire nos différentes mesures avec nos différents disques.

Le bâti étant complet, nous l'avons enfin renforcé avec les L que nous avions préalablement construits avec l'imprimante 3D. Nous en avons placé deux de chaque côté des deux supports.

Nous avons différents disques de différentes tailles épaisseur et matériaux que nous avons préparé et percé:

Pour récupérer le courant créé, nous avons installé des languettes en laiton, de façon à ce que la première soit en contact avec l'extérieur du disque et le second avec le centre du disque. Nous avons accroché les languettes au bâti en bois à l'aide de pinces crocodiles.

Pour la partie calcule théorique, nous avons notamment besoin de la valeur du champ magnétique. Malheureusement, sur notre aimant en U la valeur constructeur n'était pas donnée. Pour pouvoir récupérer nous avons essayé plusieurs choses:

-Construire un circuit arduino avec un capteur de champ magnétique. ⇒ Malheuresement, le capteur n'est pas assez précis, il n'indique pas de valeur, il indique juste s'il y a un champ ou non.

-Mesurer avec le téléphone à l'aide de l'application “phyphox”. Cette méthode peut abimer le téléphone, il faut donc faire attention. Mais nous avons réussi à obtenir la valeur : 2mT.

27/04/2021

Pour être sûr que le disque reste bien fixe sur la barre (qu'il n'y est pas de jeu entre le disque et la barre), nous décidons de mettre de petits disques de bois de chaque côté des disques pour renforcer le maintien à la barre.

Petit disque de bois.

28/04/2021

Lors de cette séance, nous avons dû résoudre quelques problèmes:

La vitesse de rotation:

Pour notre expérience nous avons besoin de la vitesse exacte de rotation du disque. Malheureusement, la vitesse de rotation de la perceuse n'est pas exacte et pourrait varier en fonction des disques. Nous avons donc trouvé plusieurs solutions à ce problème:

-Solution 1 : Accrocher un petit aimant au bord du disque, puis le faire tourner à côté d'une petite bobine, ainsi, lorsque l'aimant passe à côté de cette dernière, cela crée un courant que nous récupérons à l'aide d'un oscilloscope pour obtenir une fréquence et en déduire la vitesse de rotation du disque.

Cette méthode fonctionne mais reste un peu compliquée et pas parfaite

-Solution 2 : Filmer le disque en rotation en slow motion, récupérer les images et compter le nombre de tours par minute.

Cette méthode fonctionne mais ce n'est pas ce qui a de plus pratique et nécessite une caméra avec un grand nombre d'images par seconde (>50).

-Solution 3 : Utiliser la méthode du stroboscope. On fait tourner notre disque avec un petit repère dessus (ex : un bout de scotch), on l'éclaire à l'aide d'un stroboscope, lorsque le disque semble à l'arrêt, cela signifie que le nombre de tours par minute du disque correspond au nombre de flash par minute du stroboscope.

Ici, le disque tourne à 3000 tours /minute, il semble pourtant être quasi à l'arrêt, du fait qu'on l'éclaire par 3000 flashs par minute.

Cette méthode fonctionne bien, elle est simple, rapide et efficace. Nous garderons donc cette méthode.

Le champ magnétique de l'aimant: Nous avions précédemment mesuré le champ magnétique de l'aimant avec le téléphone (Phyphox). Malheureusement, nous nous sommes rendu compte que la valeur n'était pas bonne, au-dessus de 2mT, le téléphone s'arrête de mesurer. Pour résoudre cela, nous avons trouvé une solution:

-Solution : Voir la limite de poids que l'aimant peut porter. L'aimant est aimanté à une barre de fer, à laquelle, on accroche un panier, dans lequel on met du poids (ici des clous de 3.5g).

Le poids limite (Panier + clous + barre de fer) est de 1981,5g.

Cette méthode marche bien et nous permet d'en déduire le champ magnétique de l'aimant.

Tout est en place, nous avons pu faire toutes nos mesures du courant et de la tension des différents disques.

Vidéo de l'expérience du disque de Faraday que nous avons réalisé: