Il faut l`entendre pour le croire - ExpoJournal - Cégep de St
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Article Scientifique « Il faut l’entendre pour le croire » M. Beaulieu et A. Gagné, étudiants, juin 2012 Résumé. Il faut l’entendre pour le croire. M. Beaulieu et A. Gagné, étudiants, juin 2012. Le but de l’expérience est de fabriquer une bobine de Tesla servant de source et d’ensuite faire traverser des électrons de celle-ci jusqu’à la mise à la terre. On combine alors la fréquence du plasma créé et celle d’une chanson afin de faire passer la musique dans le circuit, tel un haut-parleur. Rapport interne. Cégep de St-Félicien. Abstract. You need to hear it to believe it. M. Beaulieu and A. Gagné, students, june 2012. The goal of the project is to build a Tesla coil, which is going to be the source, and a ground so the electrons can leave the first and go towards the second. Then, we can combine the frequency of the plasma and the one of a song. Once it’s done, we can put the music into the circuit. Internal report. Cégep de St-Félicien. Mots clés: cégep St-Félicien, bobine de Tesla, plasma, fréquence, musique, hautparleur. THÉORIE Tout d’abord, notre projet est basé sur le fonctionnement de la bobine de Ruhmkorff. Celle-ci est un générateur électrique permettant d’obtenir des tensions très élevées à partir d’une source de courant continu. Le principe de la bobine de Ruhmkorff est celui d'un transformateur élévateur de tension constitué d'un enroulement primaire et d'un enroulement secondaire. Le primaire est constitué de quelques dizaines de spires de fil tandis que le secondaire est constitué de plusieurs dizaines voire centaines de milliers de tours de fil plus minces. Les deux enroulements sont bobinés autour d'un noyau magnétique. Si l'enroulement primaire est parcouru par un courant variable, la variation de champ magnétique induit dans l'enroulement secondaire une tension dont la valeur est proportionnelle au rapport du nombre de spires du secondaire par le nombre de spires du primaire. C'est à la coupure du courant que la tension induite est la plus élevée et produit une étincelle entre les bornes. Toutefois, même si nous nous basons sur le principe de cette bobine, nous aurons plus besoin du fonctionnement de la bobine de Tesla. La bobine de Tesla (ou aussi appelé transformateur de Tesla) est une machine électrique fonctionnant sous courant alternatif à haute fréquence et permettant d’atteindre de très hautes tensions. L’appareillage est fait de deux parfois même de trois circuits de bobinages couplés et accordés par résonnance. Il n'y a pas de noyau métallique comme dans les transformateurs électriques classiques : c'est un transformateur à noyau d'air. À ce point-ci, il est important d’expliquer qu’est-ce que le plasma. En effet, celui-ci peut être considéré comme un état de la matière, tout comme l’état solide, liquide ou gazeux. Cependant, il ne peut être visible qu’à très haute température puisque l’énergie nécessaire pour enlever les électrons à un atome est excessivement élevée. D’ordinairement, le gaz ne conduit pas l’électricité. C’est simplement lorsqu’on le soumet à un faible champ électrique que les électrons libres subiront un bombardement et que l’électricité pourra parcourir cette substance. Cela explique donc comment le plasma franchit l’air. NOS HYPOTHÈSES Ainsi, à la vue de toute cette information, nous sommes en mesure d’émettre quelques hypothèses : - L’air ambiant pourra servir de conducteur. L’induction dans les bobines de Tesla permettra d’obtenir un haut voltage. Le plasma, émis à l’aide du circuit électrique, pourra conduire la musique. MATÉRIELS ET MÉTHODES Afin de construire ce projet, qu’on appelle « Plasma Speaker », il faut passer par plusieurs étapes. En effet, celui-ci se constitue de : - Une bobine Primaire Une bobine secondaire Un tore Un éclateur statique Un éclateur de secours Un condensateur Une source N.S.T. Ainsi, puisqu’une étape à elle seule demanderait une page complète d’explication, je vous réfère à un site où il y a une description parfaite de tout le fonctionnement : Site internet : Ensuite, afin d’avoir un plan de secours, nous allons construire un petit circuit de rechange. Celui-ci est construit à partir d’une plaque test. À l’aide d’un circuit intégré (TL494), d’une diode rapide (UF4007), d’un mosfet (IRF630), d’un transformateur (provient d’un écran cathodique), d’un jack-audio et de deux sources (une alternative et une continue) on construit le montage tel que vue à la figure 1 (en annexe) en le complétant de potentiomètres, de résistances et de condensateurs. Son fonctionnement est le suivant : le circuit intégré fournira l’impulsion nécessaire afin que le courant alternatif dans le transformateur soit assez puissant pour qu’un arc soit produit entre les deux électrodes (clous). RÉSULTATS En ce qui concerne la première partie du projet, c’est-àdire le Plasma Speaker, nous avons d’abord construit la bobine secondaire avec succès. Avec un tuyau en PVC vide, nous avons utilisé un fil émaillé afin de le rouler autour. Après avoir fini celle-ci, nous avons entrepris de construire la bobine primaire. Toutes les données importantes sur leur construction sont dans les tableaux 1 et 2. Figure 1 : Bobine secondaire Tableau 1 : Données sur la bobine secondaire Bobine Secondaire Dimension du tuyau en PVC Fil de bobinage (fil émaillé) (vide) Diamètre cm 4,7 Nombre de tours Hauteur Hauteur (sans le foam) (avec le foam) cm ± 0,11 22,8 cm 25,0 Grosseur (pour une longueur de tuyau) AWG : 22 ± 102 340 Nombre de tours total (3 longueurs) ± 303 1020 C’est la moitié de la plus petite division d’une règle soit 0,05 cm multiplié par 2 puisqu’on mesure à chaque bout. 2 Nous avions environ 30 tours pour 2 cm donc on a approximé l’incertitude à ± 0,5 tour par cm et puisque le tuyau mesure 22,8 cm, cela donne donc ±11,4 tours, ce qui donne ± 10 tours arrondis. 3 C’est la même chose que le deuxième mais multiplié par 3 puisqu’on a 3 longueurs de tuyau. 1 Tableau 2 : Données sur la bobine primaire Bobine Primaire Fil de bobinage Dimension de la base Base en cercle Trapèze Diamètre Hauteur cm cm 20,4 9,4 Longueur de la petite base cm ± 0,11 14,5 Rail parafoudre (Broche en fer) Longueur de la grande base cm 9,2 Diamètre Diamètre Genre de fil cm 0,1 cm 0,2 Cintre DISCUSSION CRITIQUES ET AMÉLIORATIONS Critiques 1 Pièces de rechange Nous ne possédions pas de pièces de rechange au cas où l’une d’entre elles de fonctionnait pas ou brisait. 2 Grève étudiante Il a été impossible de travailler sur notre projet pendant plusieurs semaines à cause de la grève étudiant. CONCLUSION Améliorations Avoir des pièces de rechange Il serait préférable d’avoir plusieurs copies de chacune des pièces pour être préventifs en cas de bris ou dommages. Travailler en grevant Il aurait été préférable de pouvoir avoir accès à notre travail pendant la grève ainsi le projet aurait été mieux réussi. ANNEXE Figure 1 : Montage du circuit de secours
