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experience pour tpe sur la propulsion photonique...



  1. #1
    leJiBédu49

    experience pour tpe sur la propulsion photonique...


    ------

    bonjour,
    je suis en premier S et je fais un tpe sur la voile solaire.
    hélas, on n'arrive pas a faire d'expériences pour montré que les photons exercent une force suffisante sur la voile pour la faire avancer...

    s'il vous plait, aider moi a en trouver une parce que là je cale .
    On en a essayé une mais sa donne rien.

    -----

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  3. #2
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Citation Envoyé par leJiBédu49 Voir le message
    bonjour,
    je suis en premier S et je fais un tpe sur la voile solaire.
    hélas, on n'arrive pas a faire d'expériences pour montré que les photons exercent une force suffisante sur la voile pour la faire avancer...

    s'il vous plait, aider moi a en trouver une parce que là je cale .
    On en a essayé une mais sa donne rien.
    La pression que l'on peut générer avec de la lumière est vraiment faible. De l'ordre de 6.7 Pascal par gigawatt/m².

    Fait l'estimation de ce que tu produit avec ton dispositif...

    Par temps clair, une surface parfaitement noire et normale au rayonnement absorbe à midi une puissance solaire d'environ 1 kW par m2. Soit une pression de radiation de 6,7.10-6 Pa, de l'ordre du centième de milliardième de la pression atmosphérique, 105 Pa.

    Ceci dit, il existe d'excellent capteur de faible pression : les membranes de microphones. Je me demande s'il n'y a pas une expérience à tenter avec une membrane de microphone, un laser (pour obtenir des pressions radiatives >> pression solaire) et un miroir tournant.


    a+
    Parcours Etranges

  4. #3
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Pour la pression P à mettre en oeuvre, il faut :



    avec P0 la pression de référence 20 µPa (ou 10-12 W.m-2)

    et dB l'intensité sonore à détecter (qui dépend du seuil de sensibilité du micro) en décibel.

    Avec comme ordre de grandeur :

    # 0 dB : seuil d'audibilité
    # De 0 à 10 dB : désert
    # De 10 à 20 dB : cabine de prise de son
    # De 20 à 30 dB : conversation à voix basses, chuchotement

    Une pression acoustique de 10 dB (probablement le minimum détectable) ça correspond à 6,3.10-5 Pa.

    Pour produire ça, il faut une intensité surfacique de l'ordre (P/6.7).109 W soit 10 kW/m², c'est à dire 10 fois l'intensité lumineuse du plein midi.

    Si tu arrives à appliquer un faisceau laser de cette intensité de manière périodique (avec un miroir tournant) à une membrane de microphone sans la faire cramer (il faut un surface parfaitement réfléchissante) ça peut être jouable.

    Bon, c'est trapu quand même, mais regarde avec ton prof si tu peux pas de faire aider...

    a+
    Parcours Etranges

  5. #4
    Carcharodon

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Me souviens de la première fois qu'un chercheur a reussi a faire tenir en lévitation un minuscule petit triangle de verre en "impesanteur" grâce a un flux lumineux.
    montrant ainsi clairement une pression photonique qui luttait (grâce a l'ingéniosité du dispositif) contre la gravité.
    C'était y a peut être 12 ou 15 ans.
    En fait je ne sais plus du tout la date.
    Les moyens étaient proprement considérables pour y arriver et j'emet des doutes que quelqu'un n'étant pas extrêmement bien outillé arrive a mettre en lumière (huhuhu) une pression photonique.
    Bien sûr, si tes calculs confirment le contraire, je te fais confiance.

    sans la faire cramer
    voilà bien le souci que j'imagines, effectivement : pouvoir constater une pression avant que la température n'ait déclenché la combustion.
    Parce qu'il faut bien patater quand même pour mettre un truc si ténu en évidence (6.7 Pascal par gigawatt/m² que tu cites)
    Le chercheur avait utilisé un tout petit (microscopique) triangle en verre, et donc n'avait pas eu le problème.
    Il n'avait pas les même moyens non plus...

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    invité6543212033

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    N'existe-t-il pas de petits hélicoïdes réfléchissants enfermés dans une bulle de verre, faite de vide, qui se mettent à tourner quant-on allume la lumière ...

  8. #6
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Citation Envoyé par octanitrocubane Voir le message
    N'existe-t-il pas de petits hélicoïdes réfléchissants enfermés dans une bulle de verre, faite de vide, qui se mettent à tourner quant-on allume la lumière ...
    Radiomètre de Crookes

    Dans le radiomètres, les faces opposées des ailettes sont l'une sombre et l'autre claire. La face sombres chauffe plus fort à la lumière et les molécules du gaz raréfié qui se trouve dans l'ampoule ont un rebond plus important sur la face chaude que sur la face froide : lors du contact du rebond, elles prennent une partie de la chaleur emmagasiné à la surface. Cela induit un différentiel de pression entre les deux faces qui fait tourner le moulin

    C'est donc un genre de courant de gaz raréfié qui fait tourner le radiomètre et non la pression de radiation.

    a+
    Parcours Etranges

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  10. #7
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Citation Envoyé par Carcharodon Voir le message
    Les moyens étaient proprement considérables pour y arriver et j'emet des doutes que quelqu'un n'étant pas extrêmement bien outillé arrive a mettre en lumière (huhuhu) une pression photonique.
    Bien sûr, si tes calculs confirment le contraire, je te fais confiance.
    A vrai dire que je serais assez curieux de voir le résultat. Mais mon calcul est simple, le dispositif aussi, j'ai relativement confiance, sans forfanterie...

    Une membrane de micro très réfléchissante dans une enceinte à vide (pour diminuer toute les sources de parasites sonores), un laser de puissance moyenne et un miroir tournant à vitesse variable...

    Je verrais bien ça en animation pédagogique à la Vilette ou au Palais de la Découverte


    a+
    Parcours Etranges

  11. #8
    vparmentier

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Salut!

    j'ai fait mon TIPE sur le radiometre de Crookes et les voiliers solaires.

    Effectivement ce des effets thermiques due au gaz présent dans le radiomètre qui le font tourner. Ces effets le font tourner dans le sens INVERSE que le sens prévu par la pression photonique!

    Voulant mettre en evidence la pression photonique, j'ai brisé un radiomètre de crookes (modèle acheté à nature et découverte) je l'ais mis dans une cuve a vide et ais baissé la pression tout en l'éclairant...ben il s'est arrêté de tourner dans le "mauvais sens" mais n'a jamais voulu commencé à tourner dans le "bon sens"...
    J'ai aussi essayé le laser mais bien qu'il produise une grande concentration de photon, le faisceau étant petit, la force résultante semble être assez faible...

    Je pense que cela est du à la moyenne qualité du radiomètre de nature et découverte, il faudrait refaire l'expérience avec du meilleur matos...

    Tout ca pour dire que ca doit pas être très facile de mettre ça en évidence... je pense qu'un vide poussé est essentiel.

    Le TIPE est disponible dans la rubrique projet etudiant/contribution du site de l'u3P : www.u3P.net

    PS: Je crois qu'on n'a toujours pas d'explication réellement satisfaisante pour la pression thermique exercée...

  12. #9
    Carcharodon

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Merci pour le feedback, vparmentier.
    C'est très agréable d'avoir des nouvelles sur le resultat, même si ça n'a pas été a la hauteur des espérance de départ.

  13. #10
    Gilgamesh
    Modérateur

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Pour l'influence de la pression sur la vitesse de rotation des pales, il me semble que l'on peut démontrer que la vitesse est maximale quand le libre parcours moyens l des molécules de gaz est de l'ordre du diamètre de l'ampoule.



    avec n la densité volumique des molécules
    et sigma la section efficace de collision (qu'on peut prendre égale à la section des molécules.)



    avec rho0 la masse volumique de l'air au CNTP ~ 1,3 kg/m3
    P la pression
    P0 la pression au CNTP 1013 hPa
    et m la masse moyenne d'une molécule d'air ~ 5.10-26kg

    Pour P = 1,5 hPa (ton maximum)
    n = 4.1020 molécules/m3



    avec r le rayon moléculaire N2, O2 ~ 10 nm

    soit sigma ~ 10-19 m2

    l = 1,4 cm

    Allez, on va dire qu'on est pas loin des dimensions de l'ampoule


    a+
    Parcours Etranges

  14. #11
    vparmentier

    Re : experience pour tpe sur la propulsion photonique...

    Pas mal du tout comme idée, merci
    On peut supposer que ce qui compte est plutôt la taille d'une ailette et non la taille de la bulle ce qui donne alors le bon ordre de grandeur.

    Une hypothèse pour justifier ça : une fois que le libre parcours moyen est de l'ordre de la taille du système, on peut avoir des écarts de pression de l'ordre de la taille du système car il n'y a plus équilibre mécanique. Or le tournoiement thermique du radiomètre a de grandes chances d'être du à des gradients de pression.

    Après pour la démonstration exacte il faudrait de la statistique faiblement collisionelle (adieu Boltzmann) et c'est assez coton!

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