L`anode - Sn-Bretagne
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Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES Dossier technique Le four à micro-ondes Page 1 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES SOMMAIRE A. Paramétrage du caméscope: ................................................. Error! Bookmark not defined. B. La prise de vue: .................................................................. Error! Bookmark not defined. C. Acquisition de la vidéo sur un disque dur: ............................. Error! Bookmark not defined. D. Le montage : ...................................................................... Error! Bookmark not defined. E. Exportation des vidéos montées : .......................................... Error! Bookmark not defined. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 2 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES Four à Micro-ondes 1./ Fonction d’usage : Il s’agit de réchauffer ou de cuire des aliments à l’aide des micro-ondes. 2./ Principe : Les ondes électromagnétiques produites dans la cavité du four permettent de pénétrer dans les aliments sur une profondeur d’environ 3 cm en agitant fortement les molécules d’eau qu’ils contiennent. La friction des molécules d’eau libère de l’énergie sous forme de chaleur qui se propage ensuite par conduction dans tout l’aliment. La cuisson se fait donc directement dans la masse par pénétration des micro-ondes, et sans élévation de la température de l'enceinte. 3./ Les ondes : 3.1/ Les ondes matérielles utilisent un fluide ou un solide pour se propager (terre, eau, air) Les rides sur une marre suite à la chute d’une pierre. La voix, la musique, les bruits sont des ondes qui se propagent dans l'air, dans l’eau. Tremblement de terre (onde sismique). 3.2/ Les ondes électromagnétiques se déplacent sans support matériel. Elles peuvent traverser le vide. Les applications les plus communes sont la télévision, le téléphone sans fil, le radar et la transmission satellite. à Dossier technique Le four à micro-ondes Page 3 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES 3.3/ Ondes ionisantes Les corps soumis à ces rayonnements vont voir apparaître des ions. Leur structure chimique va être modifiée. Si l’on prend l’exemple du bronzage, il y a 2 phénomènes, l'un est chimique l'autre thermique. Le bronzage n'est pas provoqué par la chaleur mais par la modification d'une molécule de la peau appelée mélanine au contact des ultraviolets. (À l'excès, ce sera le mélanome, cancer de la peau). Pour certaines ondes comme les rayonnements X, radioactifs, les doses prises sur plusieurs fois s'ajoutent et les rayonnements continuent d'agir privés de leur source. C'est dangereux. 3.4/ Ondes non-ionisantes La sensation de chaleur sur la peau, elle, est provoquée par d’autres ondes : les infrarouges. D'un côté effet chimique, de l'autre effet thermique, entre les deux la limite est constituée par un infime intervalle de fréquence, c'est la lumière visible. En passant de U.V à violet, indigo, bleu, vert, jaune, orange, rouge et I.R., on passe de chimique à thermique. Les corps ne sont plus modifiés, on est dans le NON-IONISANT. À l'inverse dans le NON-IONISANT il n'y a aucune accumulation ni rémanence. Le seul résidu de l'onde est l'élévation de température. Ce n’est donc pas dangereux. Sur un plan purement technique, l’argument qui consiste à opposer cuisson "traditionnelle" et « micro-ondes » n'a pas de sens. Il s'agit dans les 2 cas d'effets thermiques provoqués par une onde électromagnétique. 4./ Propriétés des micro-ondes sur les matériaux : 4.1/ Les micro-ondes ne traversent pas les métaux. Elles sont réfléchies par ceux-ci. Cette propriété est déterminante pour la nature même de l'enceinte où se passera la cuisson. Si les ondes ne traversaient pas le bois, c'est une ébénisterie qui remplacerait la tôlerie actuelle. C'est aussi un indicateur important pour la nature des récipients à utiliser par exemple : un fait-tout entièrement métallique réfléchira les ondes. Il n'y aura aucune cuisson à l'intérieur. 4.2/ Les micro-ondes traversent les isolants. La capacité d'une matière à être traversée ou à absorber les micro-ondes dépend de sa structure moléculaire, de la force avec laquelle les atomes sont reliés entre eux. Cela se caractérise en physique par le terme « constante diélectrique ». Nous retiendrons que les micro-ondes traversent certains isolants tels que le verre, le plastique, la céramique, le papier ou le Mica. On utilisera ces matières pour les équipements de l’enceinte. 4.3/ Les micro-ondes sont absorbées par les matières organiques. Plus particulièrement par les aliments, ceci à cause de l'eau (H2O) qui les compose. Cette composition va permettre d’agiter ces molécules par le champ électromagnétique des fours à micro-ondes de nos cuisines. 5./ Composition de la molécule d’eau. Ceci est la géométrie de la molécule d’eau. Les 3 atomes ne sont pas alignés ce qui provoque un déséquilibre de charges électriques (H+ et O-). Ceci permet de simplifier la molécule comme un dipôle électrique, c'est-à-dire un objet qui possède 2 pôles de charge différente. C'est ce qui se passe sur un aimant ou encore sur une batterie. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 4 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES Dans un aliment, il y a de très grandes quantités de molécules d'eau dont la position est aléatoire comme la représentation cicontre. Si on applique sur la salade un champ électrique comme par exemple dans une enceinte à micro-ondes, les molécules vont vouloir s'orienter selon le champ + à gauche et – à droite. Si le champ s'inverse, les molécules s'inversent. Il y aura 2 inversions par alternance (comme pour la tension secteur 230V AC), les molécules vont donc pivoter au rythme des alternances. Elles vont se heurter, se frotter et donc s'échauffer comme lorsque l’on frotte ses mains l'une sur l'autre. Nous savons maintenant que le secret de la cuisson par micro-ondes se sont des milliards de frottements de molécules polarisées excitées par les ondes. 6./ Comment cuit l’aliment ? • La chaleur qui va cuire l'aliment naît dans l'eau qu’il contient. • En cuisson dite "traditionnelle", il faut chauffer l’environnement de l'aliment. Il en résulte des pertes dans les parois du four, dans l'air, dans le récipient et parfois dans l'eau qui est autour. Pour les micro-ondes, aucune perte extérieure. L'aliment est cuit de l'intérieur d'où économie d'énergie. A noter que dans ce cas le récipient fait radiateur ; il dissipe la chaleur. Une fois sur la table l'aliment tend à refroidir plus rapidement. • Dans une cuisson par micro-ondes, l'agitation se fait sur une certaine épaisseur. C'est ce qui s'appelle la profondeur de pénétration. Elle est d'environ 3 cm, mais l’énergie dissipée diminue avec la profondeur. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 5 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES La cuisson peut être de deux types : La cuisson directe concerne la zone périphérique de l’aliment qui est chauffée directement par les ondes. (Une pizza par exemple sera entièrement cuite en cuisson directe). La cuisson par conduction si l'aliment est plus épais, l’intérieur est cuit par la transmission de la chaleur de proche en proche. La réduction du temps de cuisson favorise la conservation des vitamines et sels minéraux qui supportent bien une cuisson courte et intense, alors qu’ils sont détruits par les longs temps de cuisson habituels. Cela induit parfois un changement de la saveur, du goût de l'aliment. 7./ En résumé : • Une onde est le résultat de la perturbation d'un milieu. • Les ondes électromagnétiques naissent au cœur même des atomes. • Les micro-ondes sont de type radio et entraînent des effets uniquement thermiques. • La fréquence des micro-ondes domestiques est de 2450 MHz pour une longueur d'onde de 12,24 cm • Elles ne traversent pas les métaux et s’y réfléchissent. • Elles traversent certains isolants. • Elles sont absorbées par les aliments. • Grâce à leur polarisation, les molécules d’eau peuvent être agitées par les ondes. En se frottant et se choquant au cœur même de la matière, elles vont cuire la nourriture. 8./ Les différents modèles de four à micro-ondes : 8.1/ Le micro-ondes basique Mono : pour décongeler, réchauffer ou cuire les préparations simples en un temps record. Il vient en complément du four traditionnel. Avec gril : pour dorer gratins, pizzas ou tartes ou viande. 8.2/ Le micro-ondes multi-cuissons Avec 2 résistances en haut et en bas : pour associer les performances du micro-ondes et les qualités du four traditionnel (gril, chaleur tournante ou convection naturelle). Avantages : gain de temps, de place et d'énergie. 9./ Les critères de choix à prendre en compte : 9.1/ La capacité de l’enceinte : - Exprimée en litres, (de 9 à plus de 37 litres), à choisir en fonction des besoins. - La largeur pour les fours, ou le diamètre du plateau pour le micro-ondes permet d'utiliser des plats plus ou moins grands. - Pour le four micro-ondes, le plateau débrayable accepte des plats plus grands et de toutes les formes. - La cuisson sur plusieurs niveaux double la capacité de l’appareil. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 6 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES 9.2/ 3 types de programmation : - Mécanique : simple mais moins précise. elle comprend généralement une minuterie, un sélecteur de puissance et un sélecteur de fonction. - Électromécanique : la simplicité de la mécanique avec la précision d'une minuterie électronique. - Électronique : la plus performante (affichage, précision du temps de cuisson, touches mémoires, fonctions automatiques, départ différé). 9.3/ La puissance restituée: La performance d’un four à micro-ondes est donnée par la valeur de sa puissance restituée, exprimée en watts. Elle conditionne la rapidité et l'efficacité de la cuisson. Il faut au moins 750 W pour cuire à cœur un aliment. Pour le gril, 1000 W sont nécessaires pour gratiner. 10./ Dispositifs pour améliorer l'efficacité d’un four à micro-ondes 10.1/ La cavité : Elle peut être en époxy, en inox, en émail ou en céramique-émail. L'inox : revêtement solide, facile à nettoyer. La céramique-émail : ne réfléchit pas la chaleur mais l'absorbe et la diffuse, pour une cuisson en profondeur et en douceur en préservant les qualités nutritives des aliments. Elle se nettoie d'un coup d'éponge et ne se raye pas. 10.2/ Le 6ème Sens : Appelé aussi le micro-ondes intelligent, il adapte, sans intervention de votre part, le temps de cuisson ou de décongélation en analysant le taux d'humidité résiduel. C'est le seul système capable de décongeler du saumon fumé sans le cuire. 10.3/ Le plat croustilleur : Pour cuire dessus et dessous tartes, pizzas, gratins, pour saisir viandes et volailles. Le plat atteint plus de 200°C en 2 ou 3 minutes. 10.4/ Le double gril : C'est le plateau tournant en céramique chauffé par la résistance du bas qui joue le rôle de plat croustilleur. 10.5/ La fonction vapeur : Un récipient spécial permet de cuire véritablement à la vapeur en gardant vitamines et sels minéraux 2 à 3 fois plus vite qu'avec un cuiseur vapeur. 10.6/ La touche décongélation rapide : Permet de décongeler jusqu'à 7 fois plus vite. 10.7/ Le tournebroche : Indispensable si vous aimez les bons poulets bien grillés. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 7 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES 10.8/ Le gril à quartz : Plus rapide et plus efficace que le gril classique. Pour saisir rôtis et volailles comme sur la braise. 10.9/ Le verrouillage sécurité : Pour empêcher les enfants, en s'amusant, de mettre le micro-ondes en marche. En résumé les récipients peuvent être classés en trois catégories : Les récipients transparents aux ondes (ils ne s’échauffent pas sous l’action des ondes) sont à privilégier. Les récipients absorbant les ondes (ils s’échauffent sous l’action des ondes) sont à éviter. Les récipients réfléchissant les ondes sont interdit d’usage. Recouvrez les plats pour éviter le dessèchement et la projection d'aliments. Ne fermez jamais hermétiquement un récipient, il pourrait se fissurer ou exploser. Pour les mêmes raisons (risque d'explosion), il ne faut pas cuire d'œufs dans leur coquille. 11./ Constitution d’un four micro-onde : Un four à micro-ondes comporte un émetteur de micro-ondes appelé magnétron. Les ondes émises sont confinées dans une enceinte appelée cavité. Cette cavité est fermée par une porte couplée à un dispositif de sécurité pour éviter l’émission d’ondes vers l’extérieur. Un brasseur d’ondes ou un plateau tournant participe à la meilleure répartition des ondes sur les aliments. Il comporte aussi un système d’alimentation électrique et des éléments de commande. Les micro-ondes sont absorbées par les aliments. Mais en pénétrant, elles perdent peu à peu de leur puissance. Au-delà de deux à trois centimètres la cuisson se fait par conduction. Le four micro-onde et l’aliment n’accumulent pas d’énergie électromagnétique. Dès que le magnétron n’est plus alimenté électriquement, l’émission de micro-ondes cesse. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 8 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES Organisation fonctionnelle Fp3 Production d’ondes électromagnétiques Répartit ion des ondes Fp2 Aliment froid Aliment chaud UTILISATEUR Réseau EDF Acquisition et traitement des données Fp1 Sélections Compte rendu Un four à micro-ondes est formé par 3 fonctions principales : - Une fonction Acquisition et traitement des données (FP3) dont le rôle est d’alimenter en énergie électrique la fonction FP2 en fonction des sélections de l’utilisateur. - Une fonction de production d’ondes électromagnétiques (FP2) lorsqu’elle est alimentée par FP3. - Une fonction de répartition des ondes (FP1) dans laquelle les aliments sont placés. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 9 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES 11.1/ Étude de la fonction FP3 : Acquisition et traitement des données. Cette fonction a pour rôle d’alimenter la fonction de production d’ondes électromagnétiques. Cette fonction est spécifique à chaque fabricant et permet de définir le niveau de performance du four. On peut donc admettre que sur le plan fonctionnel elle soit équivalente à un interrupteur Secteur EDF Fp3 Lorsque l’utilisateur a réglé la puissance et la durée de chauffage, que la porte est fermée, l’équivalent de l’interrupteur se ferme, ce qui permet d’amener le secteur EDF à l’entrée de la fonction Fp2 pour produire des ondes électromagnétiques. Cette fonction est réalisée dans deux technologies suivant le niveau de performance du four : - Technologie électromécanique pour les fours de début de gamme : le réglage du temps est effectué par une minuterie et le réglage de la puissance par un doseur d’énergie. - Technologie électronique pour les fours moyen et haut de gamme : un circuit intégré appelé micro contrôleur gère le réglage du temps et de la puissance ainsi que toutes les sécurités (porte, surchauffe etc.) Cette technologie permet aussi d’ajouter d’autres fonctionnalités de programmation : programme préféré, programme automatique de cuisson en fonction de l’aliment et de son poids, etc.… 11.2/ Étude de la fonction FP2: Production d’ondes électromagnétiques. Cette fonction est la fonction de puissance de l’appareil. Elle génère des ondes électromagnétiques de fréquence très élevée : 2450 MHz et de puissance importante : environ 1 kW. Cette fonction est la même pour tous les fours à micro-ondes, quelque soit le constructeur ou le niveau de performance de l’appareil. Son organisation fonctionnelle est la suivante : Dossier technique Le four à micro-ondes Page 10 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES Secteur EDF Élévation de la tension du secteur EDF Doublage de la tension élevée Conversion de l’énergie électrique en énergie électromagnétique Fs2-2 Fs2-1 Fs2-3 Fp2 Schéma structurel associé : C Haute tension 2500V D Secteur EDF Chauffage 3,15v a./ FS2.1 est réalisée par un transformateur. Un enroulement au primaire pour recevoir le secteur 230V AC et deux enroulements au secondaire ; l’un pour élever à une tension de 2500V et l’autre pour abaisser à une tension de 3,15V. Secondaire B.T Primaire Secondaire H.T Dossier technique Le four à micro-ondes Page 11 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES b./ Fs2-2 est réalisée par un condensateur associée à une diode. Cette fonction est réalisée par un doubleur de tension constitué d’un condensateur et d’une diode. Le doubleur de tension transforme la tension alternative de 2100V du secondaire HT en une tension négative pulsée de 4000V. Le condensateur : Le condensateur est à film plastique donc non polarisé. Sa valeur est généralement comprise entre 0,95 et 1,15 μF. Appareil à l’arrêt, il est possible d’avoir une tension proche de 4000 volts à ses bornes. Il intègre donc une résistance de décharge de forte valeur (environ 10 MΩ). Malgré cette résistance, et malgré un travail hors tension, il est recommandé de systématiquement vérifier s’il est déchargé avant toute action. La diode haute tension : La diode haute tension est conçue pour une tension inverse max (Vr) de l’ordre de 6000 volts. Pour supporter une telle tension une simple jonction PN ne suffit pas. Il faut empiler plusieurs jonctions en série. La diode de puissance est donc un empilage de huit diodes. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 12 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES c./ Fs2-3 est réalisée par un composant appelé magnétron. C’est un oscillateur émettant de l’énergie électromagnétique à 2450 MHz. La cathode: C'est une électrode d'où les électrons sont émis, le pôle (-). Un filament en tungstène est parcouru par un courant sous une très basse tension : 3,2 Volts. Lorsqu’il est chaud sa température est d’environ 1750°C. 30% de l’énergie consommée est ainsi dissipée en chaleur, le rendement moyen des magnétrons est d’environ 70%. La cathode est alimentée via les deux seules cosses que comporte le magnétron. L'anode: C'est une électrode qui reçoit les électrons, le pôle (+). Elle est en cuivre. Ce cylindre renferme les cavités raisonnantes au nombre de dix, elles vont, par leur taille et leur forme définir la fréquence des ondes émises. Afin de pulser les ondes, la cathode est soumise à des pointes de tension négatives de - 4000 volts. Tout ceci est dans un espace clos et sous vide d'air. Anode et cathode ne sont jamais en contact. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 13 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES 11.3/ Étude de la fonction FP1: Répartition des ondes 11.3.1/ La cavité (enceinte) La cavité est l’espace intérieur limité par des parois métalliques qui recevra les aliments. Ses dimensions sont calculées de manière à créer un phénomène de résonance des ondes afin que l’énergie rayonnée soit entièrement absorbée par l’aliment. Elle est réalisée en métal, ce dernier étant indispensable pour réfléchir et confiner les ondes électromagnétiques à l’intérieur. La cavité peut être en tôle peinte pour un micro-ondes simple ou en inox ou en tôle émaillée pour un micro-ondes combiné ou gril. La cavité est close par une porte pour prévenir les fuites électromagnétiques. Notion d’accord: L’accord va permettre de garder plus de 75% de la puissance émise par le magnétron. Une partie des ondes réfléchies peut retourner au magnétron. Si trop d’énergie se réfléchie sur celui-ci, il y a risque d’arc électrique, d’amorçage. L’accord limite ce retour. 11.3.2/ Diffusion et répartition des ondes. En sortie du magnétron, les ondes sortent à travers une plaque de mica (proche de la lampe) et vont se refléter sur les hélices (brasseur d’ondes) mises en rotation par un micro-moteur, sur les parois de la cavité et/ou par l’utilisation d’un plateau tournant. 11.3.3/ Étanchéité de l’enceinte : La réglementation autorise une fuite du rayonnement de faible puissance soit : 5mW/cm2 maxi à 5 cm de distance 11.3.4/ Étanchéité de la porte : La porte doit prévenir les fuites électromagnétiques. Elle possède un hublot pour pouvoir surveiller les aliments en cours de cuisson. Celui-ci est rendu totalement étanche au passage des ondes grâce à l’utilisation d’une grille métallique dont les trous sont très inférieurs à 3 cm. Dossier technique Le four à micro-ondes Page 14 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES VT 251 en photos Photo n°1 Photo n°3 Photo n°2 Photo n°4 Photo n°6 Dossier technique Photo n°5 Photo n°7 Le four à micro-ondes Page 15 sur 16 Brevet d’Études Professionnelles SYSTÈMES ÉLECTRONIQUES INDUSTRIELS ET DOMESTIQUES Photo n°8 Photo n°10 Photo n°9 Photo n°11 Dossier technique Le four à micro-ondes Page 16 sur 16
