Le Rêve sans fil de Tesla Le Rêve sans fil de Tesla

Le Rêve sans fil de Tesla
Le Rêve sans fil de Tesla
En 1900, Tesla rêvait de
transformer la terre en une prise d’électricité gratuite,
à partir de centrales hydroélectriques. Il construisit un
laboratoire de 60m de haut contenant une bobine de
tesla géante qui généra 2.500.000v. Il réussit à
allumer 200 ampoules à une distance de 40km sans
utiliser de fils et détient encore le record de l’étincelle
artificielle ayant eu la plus longue durée de vie.
Cependant, il ne termina jamais son
projet à cause de la dangerosité des expériences et les
moins bonnes connaissances scientifiques dans ce
milieu.
Aujourd’hui, serait-il possible de continuer le projet de Mr Tesla?
I Cahier des Charges
1) Besoin Fondamental
2) Etude des interactions
II D’une Tesla coil classique à la solide state tesla coil
1) la Théorie Tesla
I Cahier des Charges
On va étudier la possibilité de créer un système adapté aux expériences de Tesla rendant possible la
transmission d’électricité par transmission d’ondes électromagnétiques.
1) Besoin Fondamental
Pourquoi ce besoin existe?
- fils entre les appareils gênants
- mobilités des appareils électriques
- accessibilité / bon fonctionnement des prises électriques
- problèmes de prises universelles
Pour quoi ce besoin existe?
- alimenter les différents appareils électriques à distance et supprimer tout branchement nécessaire à les
alimenter
Risque d’évolution ou de disparition du besoin?
- presque impossible (disparition des appareils électrique ou alimentation autonome)
2) Etude des interactions
FP1: alimenter en énergie.
FP2: assurer la marche arrêt par l’utilisateur.
FC1: être esthétique
FC2: valider les normes européenne
FC3: ne pas gêner son entourage
FC4: se commercialiser à un prix abordable
FC5: s’adapter à la source d ‘énergie
FC6: résister et s’adapter à l’environnement extérieur
FC7: être facile d’entretien
FC8: assurer la sécurité de l’utilisateur et de ses biens
fonctions
critères
niveaux
alimenter en énergie énergie disponible
distance maximale
> 950 W
<3 m
assurer la
marche/arrêt
valider les normes
action par le doigt
<5N
valeur champs
magnétique
puissance acoustique
< 1000 mG
FP1
FP2
FC1
FC2
FC3
FC4
FC5
FC6
FC7
FC8
limiter le bruit
< 70 dB
avoir un prix
abordable
s'adapter a la source source secteur
220 V / 50 Hz
d'energie
s'adapter à
taille
< 0.80m - 0.80m- 2m
l'environnement
etancheité
g
température
-30°C < T < 40°C
etre facile d'entretien
assurer la securite
protection contre
isolation /relié a la terre
l'électrocution
protection physique
bords arrondis
protection des appareils
etre esthetique
couleurs
façade amovible
personnalisables
néons autonomes
lumineux
FP1 : lampe: 60W
Ordinateur: 250 - 300W
=>TOTAL 950 -1000 w
4 néons: 60 W
frigidaire: 500 W
Appartement standard de 36 m^2
=> appareil au centre
=> maximum 3m
FC1 : Guide provisoire pour l'établissement de limites d'exposition aux champs
aux fréquences de 50 / 60 hertz
1000 milligauss=100 micro teslas
FC2 : seuil sonore:
De 60 à 70 dB : sèche-linge, sonnerie de téléphone, téléviseur
De 70 à 80 dB : aspirateur, restaurant bruyant
> commence à être douloureux
électromagnétiques
II D’une Tesla coil classique à la solide state tesla coil
1) la Théorie Tesla
La bobine Tesla est une machine électrique permettant d’élever la tension secteur jusqu’à plusieurs
millions de volts à très faible intensité. Tesla voulait ainsi transmettre du courant sans fil, sachant qu’une
simple bobine allume des néons à plusieurs mètres.
Fonctionnement d’une bobine tesla
Elle peut être modélisée par le système suivant:
Le fonctionnement de cette machine, qui transforme le courant alternatif du secteur EDF en une énorme
différence de potentielle induisant un champ électromagnétique peut être décrit par le diagramme SADT
ci-dessous:
Modélisation Rapide
Pour alimenter des appareils électrique sans fil, donc à distance, on pensait utiliser le champ magnétique crée
par l’arc électrique qui se forme entre l’électrode torique et le sol.
Secteur EDF
E=E0 *2½ *cos(wt)
w=2*PI*f
f=50Hz
E0=220v
Transformateur
Ut1=E
Ut1/Ut2=N1/N2
Circuit primaire
Décharge d’un circuit RLC
Dès que Uecla=Uc1=Ut2=Useuil
Ub1= jLw/(jLw+Rb) Uc
Ub1m=Ucm*Lw/(L2w2+Rb2)½
Phib1= PI/2 - arctan(Lw/R)
Circuit secondaire
B1= Mu0*n*Ip
Le champ est supposé uniforme dans toute la bobine
Flux reçu : PHI= N2S2B1=N2*PI*r22*B1
Fem induite : Ub2= - dPHI/dt = N2*PI*r22*dB1/dt
Électrode torique
L’arc électrique est grossièrement modélisé par un fil
rectiligne vertical parcouru par un courant d’intensité Is
Ub2= L2 dIs/dt
B2= Mu0/4*PI*rs Is (sin alpha 2 - sin alpha 1)
selon Uthéta
Tan alpha 2 = ls/ 2*rs
Circuit récepteur
Il est uniquement constitué d’une bobine réceptrice qui va permettre de convertir l’énergie
électromagnétique reçu en courant dans le circuit , d’après les lois générales de l’induction.
PHI reçu =Nbr*Sbr*B2=Nbr*PI*rbr2*B2
Ubr=-dPHIreçu/dt = Nbr*PI*rbr2*dB2/dt
Pdispo= Ubr*Ibr
Problème de la bobine de Tesla classique
Dans ce système, le condensateur se décharge en oscillant à très haute fréquence. A chaque
oscillation, il y a de grandes variations de l’intensité du courant dans le circuit secondaire :Le condensateur
se charge et se décharge très rapidement, on observe donc plusieurs milliers de cycle par seconde.
Comme la tension d’alimentation du circuit secondaire est très instable, on en déduit que l’arc
électrique en lui-même est très instable. On ne peut pas produire d’ondes électromagnétiques stables, donc
pas de courant induit acceptable dans le circuit annexe.
De plus, divers problèmes apparaissent avec ce champ magnétique instable.
Les isolant sont impuissant, donc l’arc électrique et les ondes produites traversent presque toute matière
(vernis, bois, PVC)
Par exemple, a moins de 3m les caméscopes deviennent flous et a moins de 1m, les écrans LCD sont
fortement perturbés.
Pour remédier à ce problème de tension trop instable, il faut donc remplacer le système de décharge
impulsionnel ( l’éclateur ).