doc2 d`É 011 Édo 1, s oua 1 sur ard 191 les BRA 1 s pa AN as NLY
download 
Plainte Transcription
2 d`É 011 Édo 1, s oua 1 sur ard 191 les BRA 1 s pa AN as NLY
Fin nale nattionale des Olympiad des de Physique Fran nce vendredi 27 janvier 20 012 Au Palais de la découveerte Grazziella LA ACHERÉ, Émilie SANSSOUC CY, Clém ment PA ATIN ent prrésente 2011 1, ssur less pa as oua ard BRA AN NLY d'ÉÉdo 1 1 191 1 Résumé 2011 était l’année du centenaire de l’entrée de M. Edouard BRANLY à l’Académie des Sciences. Pour rendre hommage à celui dont notre lycée porte le nom, nous avons décidé de refaire ses expériences. Nous avons la chance d’avoir retrouvé, dans notre lycée, du matériel quasi d’époque. Après avoir contacté le constructeur, il nous a fallu le restaurer patiemment, le remettre en marche et le réétalonner après avoir appris à nous en servir. Nous avons également pu comprendre comment il fonctionnait. Dans un monde envahi par les ondes électromagnétiques, nous retrouvons sensiblement les mêmes résultats. Nous avons choisi d’innover en créant un Euro‐cohéreur à pièces qui nous permet de montrer l’importance de la couche d’oxyde, du sandwich métal/oxyde/métal, dans la radioconduction 2 Partenaires 3 Sommaire Partenaires _____________________________________________________________________ 3 I) La restauration et remise en service des appareils anciens ________________________ 6 A) Caisse portative universelle _____________________________________________________ 6 B) La machine de Wimshurst ______________________________________________________ 10 B) La Bobine de Ruhmkorff _______________________________________________________ 11 C) Le montage transmanche ______________________________________________________ 12 II) Principes de la radio conduction ou cohéreur __________________________________ 14 A) Effet Branly _________________________________________________________________ 14 B) Le trépied ___________________________________________________________________ 19 C) L’Euro‐cohéreur ______________________________________________________________ 20 Conclusion ________________________________________________________________ 23 Bibliographie __________________________________________________________________ 24 Remerciements. ______________________________________________________________ 25 Annexe notice de la caisse portative universelle modèle 1915 ______________________ 26 4 La raadioconducctimétrie esst le principe qui consisste à rendree conducteur un éléme ent sous l’efffet d’une onde électro omagnétiqu ue. Edouard d Branly a découvert ce phénom mène en 1890, lors de ses recherch hes sur l’inffluence des ultravioletss. A l’époqu ue, il produisait des p Wimshurst. Il pen nse avoir dé écouvert ultraaviolets grââce à la maachine misee en place par une influence des ultravio olets sur la limaille de e fer. Mais en apposant une boitte sur le disp positif comp prenant le tube de liimaille de fer le phén nomène dee diminutio on de la résisstance s’op père à nou uveau. Celu ui‐ci a doncc réalisé dee multiples recherches sur ce prin ncipe qu’il n nomma radio conductiion. Celles E. Branly ett de ses compères ontt permis au cours dess innovatio ons, l’amélioration ett la mise en place des servvices de mmunication n que nous utilisons dee nos jours. com En vu de la multitude d’aappareils teechnologiqu ue utilisant la commun nication sans fil, ils nous semblaien nt intéressaant de revenir aux origgines de la ccommunicaation non filaire. De pluss, dès le début d de nos recheerches, nou us avons constaté c que le père e de la com mmunication n sans fil était Edouaard Branly.. Celui‐ci est e également le personnage appartenant à l’histoire frrançaise do ont notre lyccée porte lee nom. No ous est venu u l’envie de connaitre c p plus préciséément les fonctionne ements de base conccernant les travaux d’Ed douard Branly. C’estt pour celaa que nouss tenions à à travailler avec du matériel d’ép poque. Nou us avons do onc du fairee face à diffférentes co ontraintes. Tout d’abo ord, il nouss a fallu rem mettre en service s les appareils anciens. a Puis P nous avons com mmencé l’éttude du prin ncipe de la radio cond duction en reproduisant les expéériences du u tube à lim maille et reprroduisant lee trépied. 5 I)Larestaurrationetremise eenserrvicedessappare eilsanciens A)Caiisseporta ativeunivverselle LLe principe de la mach hine est de mesurer diverses inteensités et réésistances d de faible intensité. Nous vo oulons restter dans lee contexte de l’époqu ue, soit utiliser les machines m ancienn nes. De cee fait no ous avons contacté « Chauvin‐‐Arnoux» aafin d’obte enir des renseign nements en n vu de la complexité d de ce galvan nomètre. (V Voir annexee1). Le consstructeur lui‐mêm me n’était plus en posssession de ccette machine. Ce galvaanomètre d date tout de même de 1915 5. Il s’agit d’un galvanomètre à cadre mobile, celui‐cci permettaant d’éviterr que le miroir n ne fasse unee rotation de 360°. De plus,, il manquait la tige de maillechorrt sur laquelle est posée la lunettee ainsi qu’un ne règle, capitalees au fonctiionnement de l’appareil. Nous avons alors demandé àà un professseur du lycée dee nous en réaliser unee semblablee (à celle qu’il q devait y avoir). Laa difficulté majeure étant que q nous ne n possédio ons aucunee côte sur cette tige. Après co oncertation avec le professeeur, nous avvons décidéé de la refaiire. Ce métaal étant à laa fois résistaant et modu ulable. Nous no ous sommes alors intérressés à son n fonctionnement grâcce à la noticce d’origine.. Ensuite,, nous avon ns réalisé dees tests afin n de vérifierr si celle‐ci ffonctionnaient encore.. Après d de nombreu uses mesurees, nous avo ons remarqué qu’il y aavait une faible intensitté. Nous avons d décidé de déémonter chaque pièce afin de les nettoyer ett enlever l’o oxydation. D Déposée au courrs des années, elle constitue un ne résistance au passsage du co ourant nuisible aux mesures et au bon fonctionneement du gaalvanomètrre. 6 Après avoir a remo onté la machine, nouss avons rép pété nos expériences de mesure es, nous avons remarqué que l’un des fils était désolid darisé. Nous avons donc dém monté le galvano omètre afin d’essayer d de compren ndre le senss de brancheement. Nou us avons lon ngtemps cherchéé, notammeent à l’aidee de la lou upe binoculaire afin de voir d’un n peu plus près et compreendre le sen ns du couran nt. A. A 7 De pluss, nous nous sommes interrogés sur le princcipe du mirroir. Il fonctionne en parallèle p avec le pont doub ble de Thom mson. La lunette est composée de d deux len ntilles et d’u un fil de toile d’aaraignée. Lorsque l’on n regarde dans d la lune ette, on peut observer dans le miroir, m la graduattion de la rèègle diviséee en millimèètres. Ainsi l’image intermédiaire étant le fil de toile d’araign née, il perm met de nous indiquer la mesure exaacte. Afin de comprendrre le princip pe de la lunette et du ffil de toile d d'araignée, n nous avons placé la lunette en directio on d'un écraan afin de rretrouver son image. A Ainsi, nous avons pu o observer l'image du fil de to oile d'araignée sur l’éccran. Lors des d différen ntes tentatiives nous avons a pu constater que la so ource de lum mière doit sse trouver p près de la lu unette si no ous voulonss obtenir 8 une image nette. Nous avons ensuite mesuré le es distancess focales, ccelles‐ci étant très petites. (La premièère lentille,, sa distancce focale esst de 8,00 cm, la seco onde 1,00 cm c et la troisièm me est de 4,,0 mm). No ous avons alors reproduit cette m même expérience sur un pied à coulissee servant de banc d'optique. Nous avons utilisé u le pieed à coulissse afin d’avvoir une précisio on sur les m mesures de l’ordre du d dixième de millimètre (1.10‐4 m). N Nous avons placé la lentille face à un éécran avec p pour sourcee lumineuse e une bougie, nous avo ons ensuite e obtenu un point). N Nous avons utilisé une bougie l’éclairage à l’éélectricité n n’étant à une imaage nette (u l’époque pas très répandue (l’éclairage public des grandes villes à l’électtricité eu lie eu entre 1910 ett 1940). Pour co omprendre ll'intérêt du fil de toile d'araignée et da la règgle graduéee, nous avon ns utilisé la lunettte astronom mique. Le principe p étaant que lorsqu'un objeet observé se trouve à à l'infini, son imaage se trouvve au foyer.. Nous avon ns alors regardé en direction d'une vitrine co ontenant des pro oduits chim miques sur lesquels see trouvaient une étiquette portaant les insccriptions suivantees: "Sulfate de cuivre".. Ce qui n nous a perm mis de comprendre qu ue nous devvions placerr la règle dee façon à cee que les graaduations se voient invversées à l'œ œil nu, pour que le refflet dans la llentille soit à l'endroit. 9 B)Lam machinedeWimsshurst La mach hine de Jam mes Wimshu urst inventée en 1882, produit dess arcs électrriques. Elle émet de ce fait d des rayonneements ultraaviolets, ce qui justifie l’utilisation n de celle‐cii par E. Bran nly, mais surtout elle produ uit des ond des électrom magnétique es. Nous en n possédon ns deux dan ns notre lycée, d dans un étatt de marche des plus improbable es. Nous avo ons tout d’abord remp placé les balais u usés avec lees balais en meilleur éétat qui se ttrouvaient sur la seco onde machiine. Puis nous avvons cherché à compreendre le fonctionnemen nt. Celle‐ci fonctionnee grâce à deux disqu ues de matière isolan nte étant une successsion de secteurs conducteeurs collés sur les facces extérieu ures des disques. La partie con nductrice e contact avec des balais b lorsque les deux disques sont s mis en n rotation inversée rentre en l’une ett l’autre. Les balaais chargent deux cond densateurs un positive ement et l’aautre négattivement grrâce aux frottem ments des baalais qui produisent dee l’électricitté statique.. Les deux ccondensateurs sont reliés à deux boulees métalliqu ues entre leesquels se p produisent les arcs élecctriques, qu ui du fait harge impo ortante en électricité é r rendent l’air conducteeur.. Une rèègle du Palaais de la de la ch découveerte donne un ordre dee grandeur de 1kV par mm 10 B)LaB Bobined deRuhmk korff TToujours daans le mêm me but, nou us avons efffectué cette même exxpérience avec a une autre machine, m celle‐ci appelée, la bobine de Ruhm mkorff qui est un gén nérateur éle ectrique, permetttant d’obteenir des tensions très éélevées à paartir d’une source de ccourant con ntinu. La bobine de Ruhmko orff délivre une étincelle due à une surtension qui entrraîne la desstruction de l’isolation des sp pires et la formation d’un court‐circuit. 11 C)Lem montagetransma anche Nou us avons déécidé de reemettre en n état un manipulate m ur de morrse dans le but de reprodu uire le mon ntage de Monsieur M M Marconi à Wimereux W le 29 avril 1899. Ce montage m compreenait une bo obine de Ru uhmkorff avvec un éclatteur, qui estt alimenté een six volts par une batteriee. La batterrie est reliéée à la macchine de Ru uhmkorff par p le biais d’un manipulateur Morse. us avons to out d’abord d démonté intégralem ment le maanipulateur morse afin n de lui Nou retirer toute tracee d’oxydatiion qui con nstituerait des résistaances qui p pourrait caauser un nement du u manipulatteur. Nouss l’avons nettoyé n pièèce par piè èce puis mauvaiss fonctionn remonté dans son n état d’origgine. Cela nous n a perm mis de com mprendre so on fonction nnement tout en le remettant en état. Le manipulateur de M Morse est un n interrupteeur qui laisse passer le couraant uniquem ment lorsqu u’il est actionné. C’estt‐à‐dire quee dès lors q qu’une presssion est exercéee sur le boutton tiroir, lee courant paasse. LLors de l’aattaque de Pearl Harrbor du 7.12.1941, laa radio étaait une inn novation ème technologique trèss utile aux aaviateurs. L’année 2011 1 symbolisee le 70 an nniversaire de Pearl Harbor, c’est égaleement pour cela que nous nous ssommes intééressés au fonctionnement du manipulateur. 12 Dans un mêême tempss, nous voullions remetttre en étatt une batterie d’époqu D ue. Nous nous so ommes heurtés à un problème d’usure très iimportant n nous obligeant à sortirr chaque plaque par morceaau. Les plaq ques s’étant oxydées aavec l’âge eet créant co omme une soudure ous avons donc d écartté les plaques extérieeures pour y faire co ouler du avec le verre. No nt. Malheureusement,, nous avon ns cassé la batterie en e écartant une plaqu ue de sa lubrifian paroi. 13 II)Prrincipessdelara adiocon nduction noucoh héreur A)EffeetBranlyy LLe cohéreu ur est un tu ube en verrre empriso onnant la liimaille méttallique enttre deux « piston ns » en méétal et grââce à l’ém mission d’un n champ électromagn é nétique la limaille métalliq que alors iso olante devieent conducttrice. Nous avonss fait la dém N marche d’alller voir un couvreur q qui nous a d donné des clous en cuivre. De retour aau lycée, no ous avons co ommencé laa mise en p place des dimensions d des têtes d’obtenir diifférents diaamètres suivant les de clous. Ainsi, nous avons ussiné divers clous afin d diamètrres des tubees de verre.. 14 Nous avonss reproduit l’expériencce d’Edouarrd Branly. Celle‐ci conssistait à placcer de la N limaille de fer dan ns un tube d de verre affin de pouvoir commander la ferm meture d’un circuit électrique à distance. C’est‐à‐‐dire que so ous l’effet de champs éélectromagn nétiques, le tube de limaille de fer devient conducteur et de cce fait subit une chute de la résistaance du disspositif. Dans un n premier teemps, nous réalisons l’expérience e avec un montage qui est constitu ué d’une pile d’u un Buzzer et du tube de d limaille de fer. Le buzzer b perm met de metttre en évid dence la baisse d de la résistaance par l’émission d’u un son. Nou us nous som mmes aperççus que nou us étions entouréés d’ondes parasites, lorsque le b buzzer éme ettait un son n alors quee nous n’avions pas produit d’étincellee ni de chaamp magnéétiques. Pou ur vérifier cela, nous avons rem mplacé la machinee de Wimsshurst par un télépho one. Le bu uzzer a alors témoign né le passaage d’un courantt. Il nous a a semblé que q nous deevrions réaaliser nos expériences e dans une cage de Faradayy. Les ascen nseurs du lyycée étant p pour nous u une cage de Faraday eextrêmeme ent facile d’accès. 15 Nous avons décidé de chercher la résistivité de la limaille de fer une fois qu’elle est soumise à une onde électromagnétique. Nous avons pour cela fait varier la longueur de la limaille de fer dans le tube de diamètre 4,0.10-3m. Lors de ces mesures nous avons utilisé la machine de Wimshurst ainsi que la valise portative « Chauvin-Arnoux » comme ampèremètre. Il est notable que la valeur maximale de la résistance que la valise portative peut mesurer est de 3000MΩ. = . R : résistance en ohm (Ω) = l : longueur de limaille en mètre (m) = s : Surface en contact Ρ : résistivité en mètre ohm (Ω.m) La mesure 1 est réalisée sans onde électromagnétique. Les mesures 2 ;3 ;4 sont réalisées après l’émission d’une onde électromagnétique par la machine de Wimshurst (c’est-à-dire après la production d’une étincelle). • Mesure pour une longueur de limaille de fer de 11.10-3m Résistance en Ω Résistivité en Ω.m • mesure 2 380000 mesure 3 144000000 mesure 4 4200000 3,4.103 43 1,64.105 4,79.103 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 9,3.10-3m Résistance en Ω Résistivité en Ω.m • mesure 1 3000000 mesure 1 mesure 2 mesure 3 mesure 4 3000000000 35000000 20000000 5600000 6 4 4 4,5.10 4,7.10 2.7.10 7,6.103 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 8,5.10-3m mesure 1 Résistance en Ω mesure 3 mesure 4 3000000000 4000 6500 98000 6 5,9 9,6 1,4.102 Résistivité en Ω.m • mesure 2 4,4.10 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 7,2.10-3m mesure 1 Résistance en Ω Résistivité en Ω.m mesure 2 mesure 3 mesure 4 3000000000 4500 7300 200 6 7,9 13 0,35 5,2.10 16 • Mesure pour une longueur de limaille de fer de 6,0. 10-3m Résistance en Ω Résistivité en Ω.m • mesure 1 mesure 2 3000000000 7,1.106 mesure 1 mesure 2 3000000000 8,0.106 mesure 1 mesure 2 3000000000 1,2.107 1600 3,3 mesure 3 37000 87 mesure 4 42200 1,0.102 12300 29 mesure 3 7000 19 mesure 4 21400 57 5200 14 mesure 3 3500 14 mesure 4 4000 15 2900 11 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 2,1.10-3 m mesure 1 Résistance en Ω mesure 2 mesure 3 mesure 4 3000000000 2800 3600 1200 7 17 25 72 Résistivité en Ω.m • 85300 1,8.102 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 3,2.10-3 m Résistance en Ω Résistivité en Ω.m • 27400 57 mesure 4 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 4,7.10-3 m Résistance en Ω Résistivité en Ω.m • mesure 3 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 5,3.10-3m Résistance en Ω Résistivité en Ω.m • mesure 1 mesure 2 3000000000 6,3.106 1,8.10 Mesure pour une longueur de limaille de fer de 1,3.10-3m mesure 1 Résistance en Ω Résistivité en Ω.m 3000000000 2,9.107 mesure 2 mesure 3 5800 56 mesure 4 2100 20 600 5,8 Suite aux résultats obtenus, nous pouvons penser que la résistivité de la limaille de fer sous l’influence d’ondes électromagnétiques dépend du radioconducteur et de la réaction de celui-ci. Nous émettons l’hypothèse que le tube à limaille agit comme un capteur d’ondes 17 électromagnétiques. Il utilise celles-ci pour faciliter les échanges électroniques entre les deux parties qui ont une surface de contact entre eux tellement faible que la résistance est infinie. Reprenons la relation de la résistance = . la surface de contact est tellement faible. La résistance est extrêmement élevée, quand on divise par très petit, on obtient un résultat très grand. Sous l’effet de l’onde électromagnétique, la surface de contact qui est en réalité la surface par laquelle les échanges électroniques peuvent s’effectuer entre les différentes parties qui constituent le radioconducteur, subit une facilitation d’échanges électroniques. Suite à cette facilitation, la résistance chute brutalement. Aujourd'hui, ces ondes sont présentes partout et font partie de notre quotidien, nous les avons notamment mesuré à l'aide d'un détecteur d’ondes magnétiques basse fréquence et nous avons constaté qu'en s'approchant d'un néon la machine détectait des ondes magnétiques, ainsi que pour le micro ondes le téléphone portable et une multitude d’appareils. Nous avons par la suite remplacé le buzzer et le générateur par un ohmmètre et nous avons essayé de remplacer les types de limaille faire varier le diamètre des tubes. Nous sommes arrivés à la conclusion que plus la limaille et fine plus les résultats sont fiables. Nous ne pouvons affirmer que la limaille de fer ainsi que les métaux en limaille qui remplissent le 18 mieux cette fonction puisque nous n’avons pas pu essayer la totalité des métaux. Cependant parmi les métaux expérimentés : • Limaille de fer • Limaille de cuivre • Poudre de zinc • Limaille de plomb La limaille de fer reste la plus fiable B) Le trépied Edouard Branly cherche à trouver d’autres radioconducteurs plus fiables que le tube de limaille. Il émet l'hypothèse que dans les colonnes à disques, les surfaces métalliques en contact sont trop larges pour qu'il y ait radio conduction. Il se tourne donc vers ce qu'il appelle un radioconducteur à contact ponctuel ou imparfait. En 1895, Branly commence ses recherches sur le principe de contacts imparfaits. On constate une réelle amélioration de la sensibilité du radioconducteur: le trépied à disque va se révéler plus efficace que le tube à limaille. Ce trépied est constitué de trois tiges métalliques parallèles d'environ 2 millimètres de diamètre réunies par deux disques d'acier poli. Nous voulions alors utiliser ce trépied cylindrique afin de garder notre objectif : utiliser ces mêmes machines qui ont permis à Edouard Branly de découvrir la radio conduction. Cependant nous n'étions pas en possession de ce matériel, nous avons alors demandé à des professeurs de notre lycée, s'ils pouvaient nous reproduire exactement ce trépied. Il nous a fallu pour ce fait réaliser le dessin technique de celui-ci. Nous l’avons testé dans l’ascenseur qui fait office de cage à Faraday. Nous avons obtenu une fiabilité du dispositif plus importante. Le trépied est un radioconducteur, les pointes sont extrêmement fines ce qui les rendent non conductrices, mais sous l’effet de l’onde électromagnétique qui met littéralement en contact les trois pointes, la résistance chute et le circuit électrique est alors fermé. 19 C)L’Eu uro‐cohééreur Lors de « la réunio on informelle », après les résultatss de la sélecction acadéémique. Nou us avons eu le plaaisir de disccuter avec n notre rappo orteur M. Ge eorges WLO ODARCZAK q qui nous a cconseillé de metttre un peu d de physiquee moderne. Il nous a en nvoyé par m mail un articcle en anglaais. Nous avons alors contaccté son auteeur M. Charrles HIRLIMA ANN. Très ffranchemen nt nous n’avvons pas tout com mpris, l’effeet tunnel cc’est la prop priété d’un objet de frranchir une barrière saans avoir l’énergie nécessairre pour la franchir. C’esst aussi clairr que d’avoir le bac san ns avoir le n niveau. Par con ntre, de cess échanges, nous avon ns retenu qu’il y a unee jonction m métal/oxyde e/métal. Dans ceertains cas la barrière isolante oxxyde peut devenir d con nductrice. N Nous nous sommes penchéss sur notre limaille au microscopee. Limaille de ferr au microscope gro ossissement x40 Cette ph hoto a été p prise sans o oculaire micrométrique e, mais nouss pouvons d dire trois choses : • La limaille n n’a pas une taille fixe • La limaille d de fer a unee forme … rronde à oblo ongue. • On ne voit p O pas commeent mesurerr l’épaisseurr d’oxyde. Nous avvons eu l’id dée d’utiliseer des piècees de menue monnaie car elles so ont rondes, elles se recouvrrent facilem ment et rap pidement d’une couch he d’oxyde. E. BRANLYY aurait pu faire la même m modélisatio on du milieu u granulaire. Après consultation n d’un numismate (collectionneurr de pièces de monnaie), il nous a confié d 1, 2 et 5 centimess du début du XXèmee siècle. Cees francs, enfin e les quelquees pièces de centimees Daniel DU UPUIS, ont une allure ttrès proche de nos centimes d’eurro. Des centim mes avec 100 ans d’écart L’essenttiel pour no ous c’est qu u’elles soien nt rondes (donc de forme régulièère) et conttiennent du cuivre du moin ns en surfacce. Nous saavons depu uis le TP éléément cuivvre de 2nde qu’il est hauffage. Nous avons choisi les pièces de assez faacile de l’oxxyder en oxxyde de cuivvre II par ch 0,01 € ccar elles ontt un chanfreein plat et ssans rainure es, nous less avons enchâssées enttre deux 20 plaquess de verre eet munies de deux élecctrodes. Le plus difficilee a été de ttrouver pluss de 150 pièces d de 0,01 €. N Nous avonss mesuré laa valeur de résistance à l’aide de la caisse p portative universeelle puis d’u un ohmmèttre digital po our les beso oins de la photo. Il n’y a aaucune disccussion posssible ; • En absencee de pertu urbation électromagnétique, 1 pièce cond ductrice + 1 pièce c conductrice e = 1 isolant • En présencce d’une peerturbation électromaagnétique 1 1 pièce con nductrice + 1 pièce c conductrice e = 1 condu ucteur. Les centimes d’eurro sont des pièces en ffer recouve ertes d’une couche de cuivre, celu ui‐ci a la particularité de se couvrir d’une couche d d’oxyde de cuivre II no oire qui est ssoluble dan ns l’acide chlorhydrique conccentré. Nou us avons do onc fait trem mper une ssérie de pièèces dans de l’acide chlorhydrique concentré pen ndant près d’une heurre, puis nous les avon ns séchées par des bains d’’éthanol puis d’acétonee. Et bien n là 1 conducteur + 1 conductteur = 1 conducteur, c , avec ou sans pertu urbation électrom magnétiquee. onc bien un n rôle. La couche d’isolantt oxyde a do Nous so ommes dan ns un prem mier temps déçus carr le système s’ordonn ne de lui‐m même en formantt soit des carrés soitt des hexaggones, nou us avons alors ajouté des impurretés en mettantt des piècess de 0,02 € eet de 0,05€ € Nous avions égaleement rem marqué quee la pression exercéee sur les llimailles avvait une influencce. Si nous reprenon ns le cas des piècess. Le conttact entre deux disq ques est mathém matiquemen nt de mesu ure nulle. Mais M physiq quement ? Nous avons retrouvé dans le 21 laborato oire un étau u Solex 0‐30 0 mm nouss y avons mis deux piècces « oxydéées ». Si l’éttau n’est pas serrré le couran nt ne passe pas, si on lee serre il passe. L’étau contenant deux pièces, image obtenue avec un rétroprojecteur Nous avvons eu l’id dée de regaarder ce qu ui ce passe quand on serre des pièces dans l’étau. D’abord d à l’aide d’un rétroprrojecteur pu uis en explo oitant la figgure de difffraction. Quand on serre les pièces ellees se déform ment de maanière visiblle, la surfacce de contacct augmente. Nous avvons reprod duit la mêm me expérieence avec une u chaine d’argent. Q Quand elle est non tendue elle est isolante, sauf si on créaitt une perturrbation élecctromagnéttique. Si on la passe dans l’aammoniaqu ue concenttrée, on laa débarrassse de sa couche c d’oxyde isolan nt et le phénom mène ne se produit plus. Si on la tend non décapée, on a le même phénomèn ne qu’avec les pièces. 22 Conclusion La radio conduction découvert par Edouard Branly permet de fermer un circuit à distance. Les ondes électromagnétiques émises par différentes machines telles que celle de Wimshurst ou Ruhmkorff entraine une cohésion du dispositif. Notre vieux matériel est un appareil de mesure d’intensité et de tension en utilisant le principe de la lunette astronomique et un miroir qui bouge selon l’intensité ou la tension du courant sous l’effet d’un champ magnétique. Le manipulateur morse est un interrupteur sophistiqué qui crée des passages de courant que lorsque l’on appuie dessus. Une fois relâché, celui‐ci ne laisse plus passer le courant. Le tube de limaille de fer, est un isolant puisque chaque particule qui constitue cet ensemble de limaille est indépendante mais, sous l’effet de l’onde électromagnétique tous les éléments s’attirent et forment un seul ensemble. Le trépied fonctionne sur le même principe mais au lieu de réaliser une cohésion d’élément ou de particules on réalise une facilitation. Sous l’effet de l’onde électromagnétique, le trépied à pointes voit ces pointes devenir un passage de courant. L’onde électromagnétique agit comme un élément de soudure. Nous avons modélisé le cohéreur d’E. BRANLY à l’aide de pièce de monnaie, ce qui nous a permis de montrer le rôle de l’oxydation des métaux dans la radioconduction. Aujourd’hui, la radio conduction et les ondes électromagnétiques nous entourent. Nous sommes donc obligé de réaliser la majeure partie de nos expériences dans une cage de Faraday (un ascenseur), afin d’obtenir des résultats les plus fiable possibles. 23 Bibliographie 1. • • • • • • • • • • • • • Communications d'Edouard BRANLY à l'Académie des Sciences : Variations de conductibilité sous diverses influences électriques, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 111, 783-785, 1890. Variations de conductibilité des substances isolantes, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 112, 90-93, 1891 Sur la conductibilité des substances conductrices discontinues, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 118, 348-350, 1894. Résistance des lames métalliques minces, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 122, 230-232, 1896 Sur la conductibilité électrique des substances conductrices discontinues, à propos de la télégraphie sans fil Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 125, 939-942 ,1897. Une enveloppe métallique ne se laisse pas traverser par les oscillations hertziennes, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 127, 43-45 ,1898. Télégraphie sans fil et collisions en mer, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 127, 171-172 ,1898. Résistance électrique au contact de deux disques d'un même métal, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 127, 219– 223 ,1898. Radioconducteurs à limailles d'or et de platine, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 127, 1206-1207 ,1898. Radioconducteurs à billes métalliques, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris, 128, 1089–1095, 1899 Radioconducteurs à contact unique, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris,134, 347–349, 1902 Récepteur de télégraphie sans fil, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris,134, 1197–1199, 1902 Appareil de Télémécanique sans fil de ligne, Edouard BRANLY, C. R. Acad. Sci. Paris,134, 1197–1199, 1905. 2. Physiques (Baccalauréat ès lettres), Edouard BRANLY ; Ch. POUSSIELGUE, 1901 3. La télégraphie sans fil, Edouard BRANLY, PAYOT ; 1922 4. Breakdown patterns in Branly’s coheror, D. VANDEMBROUCQ, A.C. BOCCARA and S. ROUX, Journal de Physique III,7: (2) 303-310, (1997) 5. Bruit et intermittence du transport électrique dans les milieux granulaires, Eric FALCON, Bernard CASTAING et Mathieu CREYSSELS, 8ème Rencontre du Non-Linéaire 2005, NL Pub, Orsay, pp. 55-60 (2005) 6. Docteur E. Branly … Quand la radio faisait des étincelles, Bernard BARIS, Atelier Claudine B, 1990 7. Du cohéreur à la science des milieux granulaires. Guy GIRAUD et Roland FAURE, Revue d'histoire des sciences. 1993, Tome 46 n°1. pp. 97-103. 8. Du sac de billes au tas de sable, Étienne GUYON et Jean-Paul TROADEC, Odile Jacob, 1994 9. E.BRANLY et la TSF, Gabriel PELLETIER et Jean QUINET ; SEGHERS, 1962 10. Electrical conductivity in granular media and Branly’s coherer: a simple experiment, Eric FALCON and Bernard CASTAING, Am. J. Phys., Vol. 73, No. 4, April 2005 11. L’effet Branly livre ses secrets, Eric FALCON et Bernard CASTAING, Pour la Science, Février 2006. N°340. 12. Propriétés électriques de la matière granulaire : " l'effet Branly continu", Eric FALCON, Bernard CASTAING et Mathieu CREYSSELS, Bulletin de la Société Française de Physique, 148, 9 - 12 (2005) 13. Statistical properties of currents flowing through tunnel junctions, V. DA COSTA, M. ROMEO, and F. BARDOU, J. Magn. Magn. Mater. (2003) 90–95 14. The Branly Effect Elucidated, Charles HIRLIMANN, Progress In Electromagnetics Research Symposium 2007, Beijing, China, March 26-30 15. Travaux pratiques de physique chimie, de la seconde à la terminale ; O. BURIDANT, F. DUCROCQ, G. GOMEZ, M. MARGARIT, A. MARGARIT ; J.L. MAURIN, G. NAGLIK, F. PLET, P. RYVES ; Edition BORDAS, 2003 16. Understanding the Branly effect, Charles HIRLIMANN, cond-mat/0703495 (March 2007) 24 Remerciements. M. Olivier BURIDANT, professeur de physique chimie, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Didier SORET, professeur de mathématiques, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Didier DELEAU, professeur de génie mécanique, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Philippe LOUCHART, professeur de génie mécanique, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Yves LOEUILLET, professeur de génie mécanique, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Frédéric DELVAUX, professeur de SVT, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Nicolas BODEL, professeur d’histoire‐géographie, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Frédéric DUCROCQ, professeur de physique chimie, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Georges WLODARCZAK, PhLAM, USTL, Lille M. Charles HIRLIMANN, IPCMS, Strasbourg M. Guillaume SERRET (OdP 2005), Doctorant, IPHC Groupe CMS, Strasbourg M. Olivier GENOUX, CPE, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Sébastien POTTIEZ, service informatique, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Fabien VIOLIER, service informatique, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Eric MEY professeur histoire‐géographie, École des Pupilles de l'Air 749, Grenoble M. Bruno JEANMART, professeur histoire‐géo, École des Pupilles de l'Air 749, Grenoble Melle Mélyna REBERGUE, TS1, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. Melle Pauline BRISSET, Licence de physique Calais (OdP 2010). M. Guillaume SCHMIDT, Licence de physique Calais (OdP 2010). M. Corentin QUEVAL, Licence de physique Paris VII (OdP 2008 & 2009). M. Quentin CHEVALIER, TS2 bat, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer (OdP 2009 & 2010). Melle Perrine CAGNAUX, CEA Grenoble (OdP 2006). Mme Christine RIGOLLET, Proviseure, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. Mme Laurence GEORGE, Proviseure Adjointe, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Alexandre KORBAS, chef des travaux, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. M. Eric FOUCHOU‐LAPEYRADE, agent comptable, lycée E. BRANLY, Boulogne‐sur‐Mer. Mme Patricia CAROEN, Sylvie DELETOILLE, Betty HENGUELLE et Véronique PRUVOT et MM. Gaël DANEL, Romain LAMARRE et Bruno HERMAND, personnels de laboratoire, pour leur compréhension, leur aide et leur patience. MM. François VENEL, Eric BRÉVIER, Jean‐Luc DAVID, Alain ROCHES personnels du magasin de l’atelier du lycée, pour leurs précieux conseils. A tous les personnels du lycée qui ont fait ce qu’ils pouvaient pour nous aider dans notre travail, Nos camarades de la terminale S2 pour leur soutien. A nos parents pour le travail de relecture et leur patience. Merci aussi à tous ceux qui nous ont aidés et que nous avons oublié de citer. Merci à tous ceux qui ont eu la patience de nous écouter. 25 Annexenoticedelacaisseportativeuniversellemodèle 1915 26 27 28 29 30 31 32
