TPE - L'électricité sans fil par induction

[invite7a0be149]

Bonjour à tous,

Nous sommes trois élèves de première S à vouloir faire un TPE sur l’électricité sans fil. Nous souhaitons montrer qu’il est possible de créer un courant électrique dans une bobine lorsqu’elle est à proximité (dans le même axe) d’une deuxième bobine traversée par un courant électrique alternatif, grâce à l’induction. Pour cela, nous avons l’idée de créer un montage avec par exemple une DEL prouvant l’existence d’un courant induit dans la seconde bobine.

La où le principe paraît simple, c’est plus compliqué en pratique. A l’aide d’un Générateur Basses Fréquences nous avons pu prouver le phénomène d’induction entre deux bobines presque en contact, mais il nous est impossible ne serait-ce que d’allumer une DEL ou créer un courant entre deux bobines éloignées de quelques centimètres, le générateur débitant un courant trop faible. C’est pourquoi nous voudrions amplifier ce courant, mais nous ne savons pas trop comment nous y prendre.

D’abord, nous croyons utile l’utilisation d’un transistor qui amplifie le signal mais nous voudrions savoir ce que le transistor amplifie exactement (tension, intensité, fréquence, les trois ?). Ensuite, si son utilisation est judicieuse, comment branche-t-on un transistor dans un circuit ?
Pour créer un champ magnétique puissant, d’après la loi de Lenz-Faraday ‘e = - dΦ/dt’ il nous faut une fréquence maximale. Comment augmenter la fréquence de base du générateur ?
Le but serait de pouvoir allumer une DEL couplée à une bobine réceptrice située à environ 50cm de la bobine émettrice. Faut-il privilégier l’intensité, la tension, le nombre de spires des bobines pour avoir un rendement maximal ? Il nous semble qu’une forte tension (et donc faible intensité) génèrerait moins de perte dans le circuit, est-ce vrai ?


En espérant que certains nous éclairerons,
Merci d’avance pour votre aide.
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[Antoane]

Bonjour et bienvenu !
50cm, ça va être vraiment dur.

A ce jour : nombre de spires au primaire ?
Nombre de spires au secondaire ?
Fréquence de travail ?
Signal de travail ? (carré, sinus...)

Un transistor ne modifie pas la fréquence de travail, il amplifie un courant (et donc... une tension). Demande à ton moteur de recherche préféré de t'aider sur l'utilisation d'un transistor NPN en commutation.

Il n'est pas possible (facilement) d'augmenter la fréquence d'un GBF. Mais de toute façons, tu n'est à pas besoin. N'importe quel GBF monte à 2MHz, ce qui est beaucoup. Sauf si tu apportes des soins particuliers, ton transistor ne suivra même pas à cette fréquence.

[invite7a0be149]

Merci pour ton aide,

à priori ça ne pose pas de problème à certains pour la portée : http://www.youtube.com/watch?v=N0-TR-BpZpw
ils auraient une portée de 2m avec une del !

Nous disposons de plusieurs bobines mais surtout de fil de cuivre, donc pour les spires nous pouvons créer des bobines. Pour les bobines il paraît plus approprié d'utiliser des bobines plates.
Avec le GBF je crois que l'on peut sortir au max 50Khz, le signal est modulable, créneaux, sinusoïdal ou triangulaire.

[Antoane]

Incroyables expériences : une chaine à ne pas suivre (j'ai toujours été bon pour les slogans).
Leurs expériences sont souvent dangereuses, stressantes pour les composants, non reproductibles, réalisées en dépit du bon sens... Bref : à ne pas reproduire, d'autant plus que quand ça tourne, c'est plus le travail du hasard, qui prend soin des jeunes expérimentateurs, que d'autre chose. Certes, il est bon et formateur d'avoir un esprit curieux et ouvert, mais il ne faut pas aller trop proche de la limite du 'dangereux'.

Etrange, un GBF qui s'arrête à 50kHz, il ne doit plus être très frais...
Préférer beaucoup de spires, au moins une centaine. Et prendre des bobine de rayon au moins du même ordre de grandeur que la distance les séparant.

Tu te rends compte qu'avec ce genre de système, le rendement sera calamiteux.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite7a0be149]

Merci de nous aider ! On est un peu dans l’impasse en ce moment …

C'est vrai que les expériences que font ces jeunes sont très impressionnantes : et c'est ce que nous souhaitons faire : impressionner le jury !

Pour réaliser l'expérience, on a à disposition :
- Un GBF ( je ne suis plus sûr de la fréquence qu'il délivre ... ^^' )
-> Ne serait-il pas plus rentable de prendre à Générateur de courant continu avec un nombre de volt plus élevé et d'utiliser un oscillateur pour transformer le courant continu en courant alternatif ?
- Du cuivre pour faire nos bobines ( peut être pas pour faire 100 tours quand même lol )
-> Est-ce qu’il doit exister une relation entre la taille de la première bobine et celle de la seconde pour un meilleur rendement ?
- Des transistors qui permettent d’amplifier le courant : mais nous ne savons pas comment ça fonctionne !! ( On va essayer d’éviter de griller tous les transistors qu’on a ! ^^' ) Il y a 3 branches : 2 entrées et une sortie. Faut-il donc avoir deux générateurs pour amplifier le signal ? Si oui, doivent-ils délivrer tous les deux un courant alternatif ?

Au bout de la deuxième bobine, le courant qui sera produit sera-t-il alternatif ou continu ? …

Quand au danger, c’est en effet un point essentiel à ne pas négliger !!
- Les fils de cuivre ne doivent pas être trop fins, n’est-ce pas ? Sinon ils fondent …
- Faut-il mettre des résistances pour empêcher ce genre de problèmes ? Cela ne va-t-il pas avoir une conséquence sur le rendement ?
- J’ai cherché de nombreux schémas électriques explicatifs et j’ai remarqué que certains étaient reliés à la Terre ? :O A quoi ça sert ? Faut-il aussi le faire dans notre cas ?

Nous cherchons à parvenir à un rendement suffisant pour montrer que cette technique a de l’avenir : si nous n’arrivons pas à allumer une LED à 2cm de distance, c’est un peu ridicule ! ^^’
On a cherché à prévoir ce rendement mais il faut avouer que ce n’est pas chose facile !!
- On calcule d’abord le flux du champ magnétique : Φ = B.S = BS*cosθ
- Ensuite on calcule la fem induite ( loi de Lenz-Faraday ) : e = - dΦ/dt
- Ensuite, on cherche à savoir l'intensité du flux magnétique à l'entrée de la deuxième bobine : et c'est là que ça se corse !!
-> On a trouvé la loi de Biot et Savart : dB = u0I/4π * dl∧r/r³
Mais on n’arrive pas à l’appliquer … tu pourrais nous aider ?

Encore merci à ceux qui voudront bien nous aider dans notre démarche !!

[Antoane]

Pour réaliser l'expérience, on a à disposition :
- Un GBF ( je ne suis plus sûr de la fréquence qu'il délivre ... ^^' )
-> Ne serait-il pas plus rentable de prendre à Générateur de courant continu avec un nombre de volt plus élevé et d'utiliser un oscillateur pour transformer le courant continu en courant alternatif ?

Quoi qu'il en soit, il te faudra un générateur annexe puisque tu dis que le GBF ne délivre pas assez de courant.
Question rentabilité, il est vrai que si ton montage était destiné à de la grande série, mieux vaudrait utiliser un oscillateur annexe que de vendre un GBF à chaque acheteur...

- Du cuivre pour faire nos bobines ( peut être pas pour faire 100 tours quand même lol )

C'est gênant, car il faut faire des tours. Beaucoup de tours. Tu peux récupérer des bobines de grand diamètre avec plein de spires dans d'anciennes TV à tube cathodique (1 bobine par TV. La bobine est de la dimension de l'écran.

-> Est-ce qu’il doit exister une relation entre la taille de la première bobine et celle de la seconde pour un meilleur rendement ?

Intuitivement, je dirais qu'il faut que la bobine d'émission soit plus grande, mais pas sûr du tout...

- Des transistors qui permettent d’amplifier le courant : mais nous ne savons pas comment ça fonctionne !!

Google's thy Friend !

Il y a 3 branches

C'est un bon début !

Faut-il donc avoir deux générateurs pour amplifier le signal ?

un pour la commande et un pour la partie puissance.

Si oui, doivent-ils délivrer tous les deux un courant alternatif ?

A ton avis ?

Au bout de la deuxième bobine, le courant qui sera produit sera-t-il alternatif ou continu ? …

Réfléchissons : courant électrique variable -> champ magnétique variable -> flux variable dans la seconde bobine -> e=-d(flux)/dt...
Donc ?

Quand au danger, c’est en effet un point essentiel à ne pas négliger !!

Je parlais d'une manière générale, Armand et Victor jouent parfois un peu trop avec le feu. Ici, il n'y a pas grand danger.

- Les fils de cuivre ne doivent pas être trop fins, n’est-ce pas ? Sinon ils fondent …

La encore, pas grand danger : les courants mis en jeu ne seront probablement pas très grand : de l'ordre de qq centaines de mA (1A au max). Pas de quoi faire fondre grand chose.

- Faut-il mettre des résistances pour empêcher ce genre de problèmes ? Cela ne va-t-il pas avoir une conséquence sur le rendement ?

Une résistance te permettrait de limiter le courant. N'as-tu aucune autre façon de le faire ?

- J’ai cherché de nombreux schémas électriques explicatifs et j’ai remarqué que certains étaient reliés à la Terre ? :O A quoi ça sert ? Faut-il aussi le faire dans notre cas ?

Un lien vers ces schémas ?

Nous cherchons à parvenir à un rendement suffisant pour montrer que cette technique a de l’avenir : si nous n’arrivons pas à allumer une LED à 2cm de distance, c’est un peu ridicule ! ^^

Qu'appelles-tu rendement suffisant ? celui de ton montage sera très proche de 0. Peut-être 10% à la rigueur, mais pas grand chose.

On a cherché à prévoir ce rendement mais il faut avouer que ce n’est pas chose facile !!

Tu peux jouer de l'équation si ça t'amuse, mais :
- se sera pas précis ;
- c'est pas forcément utile.
Mais tu peux toujours le faire si ça t'intéresse, c'est ça de plus dans le dossier (et puis faire un peu du programme de 2e année de prépa...), mais n'y perd pas trop de temps quand même.

- On calcule d’abord le flux du champ magnétique : Φ = B.S = BS*cosθ

c'est qui theta ? un petit schéma aide toujours

- Ensuite on calcule la fem induite ( loi de Lenz-Faraday ) : e = - dΦ/dt
- Ensuite, on cherche à savoir l'intensité du flux magnétique à l'entrée de la deuxième bobine : et c'est là que ça se corse !!
-> On a trouvé la loi de Biot et Savart : dB = u0I/4π * dl∧r/r³
Mais on n’arrive pas à l’appliquer … tu pourrais nous aider ?

Il y a les bonnes formules, mais pas toujours bien appliquées :
- dis-moi précisément ce que représente mla tension induite que tu as calculée.
- de même pour le flux.
- que te permet de calculer la loi de Biot-et-Savart ?


PS : réflexion faite, tu n'arriveras pas à trouver une expression générale du rendement (moi non plus). Ce sera possible dans certains cas particuliers seulement : avec les deux bobines dans le même plan, et peut-être avec les deux bobines sur le même axe, en faisant quelques approximations...
P²S : tu devrai demander à un modérateur le déplacement de ton sujet en électronique.

[JPL]

Déplacé de TPE vers Électronique à la demande de RAELDD.

[f6bes]

Merci de nous aider ! On est un peu dans l’impasse en ce moment …

C'est vrai que les expériences que font ces jeunes sont très impressionnantes : et c'est ce que nous souhaitons faire : impressionner le jury !

Bjr à toi,
HUm si on impressionne avec des "clowneries" (ah c'est impressionnat!!) le retour risque d'etre fort ...négatif.
On m'a toujours dit : "fait BIEN ce que tu SAIS faire..ça sera déjà pas mal ".
A+

[Tropique]

Tu peux jeter un coup d'oeil ici: http://forums.futura-sciences.com/pr...ess-power.html , voir en particulier les avantages apportés par la résonance.

[invite7a0be149]

Tu peux jeter un coup d'oeil ici: http://forums.futura-sciences.com/pr...ess-power.html , voir en particulier les avantages apportés par la résonance.

Un très grand merci Tropique pour ce sujet qui nous sera d'une très grande utilité !