Roue de barlow

[mariposa]

Je commençais à avoir l'impression qu'on ne parlait de force de Laplace que dans un conducteur solide. Dans un plasma ou pour un faisceau d'électron, on peut parler de courant électrique. Parlera-t-on dans ces cas là de force de Laplace, ou uniquement de force de Lorentz?

Comme la suite du message ne concerne que les solides, l'hypothèse que l'on ne parle de force de laplace que dans les solides semble tenir, mais je me permet de poser une question la confirmant.

Cordialement,

bonjour,

Effectivement il n'y a pas de Force de Laplace pour un plasma.

En effet les électrons d'un plasma acquièrent de la même façon de la quantité de mouvement (force de Lorentz) et donc une composante de courant transversale. Cette composante peut relaxer sur les Ïons, mais à la grande différence d'un solide les ïons ne sont pas "attachés" les uns aux autres, si bien qu'ils perdront leur quantité de mouvement sur les parois de l'enceinte de confinement. Les ïons ne la joue pas collectif. Chacun "pour soi"

Il ne peut donc y avoir aucun effet d'entrainement. La force de Laplace est donc bel et bien un effet propre aux solides et entretiend avec la force de Lorentz microscopique un effet de moyenne sur les distributions de vitesse.
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[lpeg]

A noter pour notre discussion que si la source du champ électrique était non connexe au solide ce dernier serait sujet à une force d'entrainement macroscopique dans le sens du champ électrique. Le caractère non connexe est très important pour la conservation de la quantité totale du système source + solide. Comme cela me semble techniquement impossible la quantité de mouvement acquise par le réseau est évacuée par un flux de chaleur qui transporte la quantité de mouvement.

Dans le cas de la configuration de Laplace ce qu'il y a de nouveau est que le solide est non connexe a la source champ magnétique si bien que le solide peut acquérir de la quantité de mouvement (a travers le transfert electron-réseau) avec une quantité de mouvement dans le sens contraire pour la bobine source de champ magnétique. Comme la bobine esr arrimée à la Terre le déplacement du barreau est accompagné d'une rotation de la Terre entière (mouvement tangeant) bien sur infinitésimale puisque dans les rapports des masses appareillages/Terre.

Je crois qu'effectivement le cœur du problème est là : Est-ce que l'on peut considérer que le transfert microscopique de quantité de mouvement entre les électrons et le réseau est transformé en un travail macroscopique ou en un échange de chaleur.

Je suis d'accord avec toi quand tu dis que le champ électrostatique n'est pas dépendant du solide mais que le champ magnétostatique ou du moins une partie en est dépendant... Mais je ne vois pas la relation avec le fait qu'alors le solide peut acquérir une quantité de mouvement macroscopique.

J'ai également, une objection à te faire, pour le rail de Laplace, ta théorie suppose qu'il y ai un courant perpendiculaire au fil qui comme tous bons conducteur est un tube de courant... Je pense que c'est impossible.

Bien je suis passé cet après midi voir un peu ce qu'il y avait à la biblio... Il faut avouer qu'ils ne s'épanchent pas trop sur le phénomène... J'ai qu'en même trouvé quelque chose dans le Perez (au Edition Dunod):

Alors voilà :

"On suppose qu'un conducteur est toujours localement électriquement neutre, donc:



La force de Laplace est la force exercée par le champ électromagnétique sur l'ensemble des charges d'un conducteur. Exprimons la force élémentaire qui s'exerce sur les charges contenues dans un éléments de volume :



où :

est la force s'exercant sur les porteurs mobiles.

est la force s'exercant sur les porteurs fixes.

donc :





Remarquons que la vitesse d'ensemble du conducteur n'apparaît pas dans cette expression. Dans un conducteur fixe , seuls les électrons sont sensibles à , mais c'est leur intéraction permanente avec les ions qui, en les maintenant à l'intérieur du conducteur, transmet la force de Lorentz à l'ensemble.

Nous savons qu'en régime stationnaire la force magnétique qui agit sur les électrons est compensée par la force électrique due au champ de Hall." (Eh oui)

"Les ions ne sont pas sensibles à , mais sont soumis à l'effet de . La force électrique correspondante s'écrit, pour un élément de volume dV:

On a :



Donc:





Cette égalité montre bien que la force de Laplace agissant sur le conducteur est égale à la force magnétique qui s'exerce sur les électrons, laquelle est transmise au réseau par l'intermédiaire du champ de Hall."

Ici

Cependant une fois intégrer on a :



Bon sinon c'est sûr que le Perez ne constitue pas une source absolument certaine... Pour moi certains points d'ombre persistent :
Par exemple, est-ce que l'effet hall est macroscopique ou microscopique... Et puis c'est pas encore tout à fait clair du genre 1+1=2 .

Pour les plamas ! Es-tu sûr de ta réponse Mariposa, parce que j'ai cru comprendre que le plasma de certaines armes à Plasma était accéléré par la force de Lorentz...

[lpeg]

Pour confirmer mes dires sur les armes à Plasma, ce petit lien :

http://jphys.journaldephysique.org/i...002608-9049700

[invité576543]

Pour les plamas ! Es-tu sûr de ta réponse Mariposa, parce que j'ai cru comprendre que le plasma de certaines armes à Plasma était accéléré par la force de Lorentz...

Pas de contradiction. Ce qui était discuté est l'application de la force de Laplace à un plasma. Bien sûr que la force de Lorentz s'applique, c'est la base dans tous les cas.

Cordialement,

[lpeg]

Oui ! Mais sur mon lien il parle bien de force de Laplace...

[mariposa]

Je crois qu'effectivement le cœur du problème est là : Est-ce que l'on peut considérer que le transfert microscopique de quantité de mouvement entre les électrons et le réseau est transformé en un travail macroscopique ou en un échange de chaleur.

L'échange d'énergie entre électrons et réseau donne la chaleur alors que l'échange de quantité de mouvement donne le mouvement.

J'ai également, une objection à te faire, pour le rail de Laplace, ta théorie suppose qu'il y ai un courant perpendiculaire au fil qui comme tous bons conducteur est un tube de courant... Je pense que c'est impossible.

Je ne comprend pas ce que tu veux dire. Il n'y a pas de courant perpendiculaire au fil justement parceque ce courant (équivalent à la quantité de mouvement des électrons) s'évanouie pour se transformer en quantité de mouvement du réseau.

Bien je suis passé cet après midi voir un peu ce qu'il y avait à la biblio... Il faut avouer qu'ils ne s'épanchent pas trop sur le phénomène... J'ai qu'en même trouvé quelque chose dans le Perez (au Edition Dunod):

Les calculs que tru présente me semble pas clair du tout.

Alors voilà :

"On suppose qu'un conducteur est toujours localement électriquement neutre, donc:



La force de Laplace est la force exercée par le champ électromagnétique sur l'ensemble des charges d'un conducteur. Exprimons la force élémentaire qui s'exerce sur les charges contenues dans un éléments de volume :



où :

est la force s'exercant sur les porteurs mobiles.

est la force s'exercant sur les porteurs fixes.

donc :


[B]

Cette formule est curieuse: Qu'est-ce que v? s il s'agit de la force de Laplace il ne peut s'agir que d'une vitesse moyenne <v> des électrons.

Nous savons qu'en régime stationnaire la force magnétique qui agit sur les électrons est compensée par la force électrique due au champ de Hall." (Eh oui)

Il faut prendre des précautions en notant que le champ de Hall est un phénomène collectif (due à un ensemble d'électrons), alors que la force de Lorentz est individuelle. La conséquence est que les électrons "rapides" pourront acquérir une quantité de mouvement et la perdre sur le réseau pour former la force de Laplace macroscopique.

"Les ions ne sont pas sensibles à , mais sont soumis à l'effet de . La force électrique correspondante s'écrit, pour un élément de volume dV:

On a :



Donc:





Cette égalité montre bien que la force de Laplace agissant sur le conducteur est égale à la force magnétique qui s'exerce sur les électrons, laquelle est transmise au réseau par l'intermédiaire du champ de Hall."

Ici

Cependant une fois intégrer on a :



La force de Hall qui agit sur les ïons ne donnent pas lieu à un transfert de quantité de mouvement. Donc l'effet Hall ne contribue pas à la force de Laplace.

Bon sinon c'est sûr que le Perez ne constitue pas une source absolument certaine... Pour moi certains points d'ombre persistent :
Par exemple, est-ce que l'effet hall est macroscopique ou microscopique... Et puis c'est pas encore tout à fait clair du genre 1+1=2 .

L'effet Hall est un phénomène macroscopique qui s'explique au niveau microscopique

Pour les plamas ! Es-tu sûr de ta réponse Mariposa, parce que j'ai cru comprendre que le plasma de certaines armes à Plasma était accéléré par la force de Lorentz...

C'est excatement çà. J'ai argumenté que pour un plasma seule la force de Lorentz existe. La force de Laplace n'a pas de sens. Elle a un sens uniquement pour un solide.

[lpeg]

L'échange d'énergie entre électrons et réseau donne la chaleur alors que l'échange de quantité de mouvement donne le mouvement.

Je ne te comprends pas :

Je ne comprend pas ce que tu veux dire. Il n'y a pas de courant perpendiculaire au fil justement parceque ce courant (équivalent à la quantité de mouvement des électrons) s'évanouie pour se transformer en quantité de mouvement du réseau.

Pour qu'il y ai transmission, il faut que les électrons aient une quantité de mouvement...

Les calculs que tu présente me semble pas clair du tout.
Cette formule est curieuse: Qu'est-ce que v? s il s'agit de la force de Laplace il ne peut s'agir que d'une vitesse moyenne <v> des électrons.

Ceux ne sont pas mes calculs. Oui, je pense que c'est une moyenne pour la vitesse.

C'est excatement çà. J'ai argumenté que pour un plasma seule la force de Lorentz existe. La force de Laplace n'a pas de sens. Elle a un sens uniquement pour un solide.

Oui, mais pas dans mon lien... Ils disent force de Laplace.

[mariposa]

J'ai écrit une démonstration qui permet de passer des forces de Lorentz microscopiques à la force de Laplace macroscopique. J'écrirais ma démonstration demain. J'ai pas le temps maintenant.

[lpeg]

Ok, prend ton temps, rien ne presse. A demain.

[mariposa]

J'ai écrit une démonstration qui permet de passer des forces de Lorentz microscopiques à la force de Laplace macroscopique. J'écrirais ma démonstration demain. J'ai pas le temps maintenant.

Pour les notations B est suivant z, le courant est suivant y et la force motrice suivant x.

Soit la force de Lorentz qui s' écrit:

F = q.v.B

Cette expression represente la force subit par un électron dans la direction x où v represente la composante paralléle de la vitesse suivant y. En effet les électrons sont distribués en vitesse (en module comme en direction).

Cet électron acquiere une quantité de mouvement suivant x que l'on écrit:

dp/dt = q.v.B

Au bout d'un temps tau cet électron effectue une collision sur le réseau perd sa quantité de mouvement suivant x pour la donner au réseau.

On a donc:

dP = q.v.B.tau

On dP represente la quantité de mouvement acquise par le réseau.

Cette dernière formule represente pour un électron individuel la transition entre force de Lorentz et force de Laplace. Il reste plus qu'a sommer sur tous les électrons et effectuer des moyennes.

Calculons les échanges dans un volume élémentaire d3r

dP.d3r = q.d3r.B. Sigma [v.tau(v)]

On tiend compte du fait que le temps de relaxation tau dépend de la vitesse.

Soit n la densité électronique et <v> la vitesse moyenne:

le deuxième membre s'écrit:

B.q.n.<v>d3r . Sigma [v.tau(v)]/n.<v>

On note que Sigma [v.tau(v)]/n = <v.tau>

On rassemble et l'on a:

dP.d3r = B.q.n.<v>.d3r. <v.tau>/<v>

On note que j= q.n.<v> et que <v.tau>/<v> est un temps dt°

Par conséquant F = dP/dt° = j.B

represente la force par unité de volume suivant x du à la densité de courant j suivant y et au champ magnétique suivant z. Ceci represente la force de Laplace.

Pour lui donner la forme habituelle on multiplie par dS.dl

F.S.dl = j.S.dl.B

A gauche cela represente la forece exercée sur la surface du conducteur et de longeur dl.

A droite .j.S represente le couranr dans la section.

D'où

F = I.dl.B

CQFD.

Ainsi la force de Laplace apparait rigoureusement comme la traduction macroscopique de la force de Lorentz.

[lpeg]

Belle démonstration, mais néanmoins plusieurs points me dérangent.

Premièrement, ta démonstration s'appuie sur le fait que le réseau et quelque chose de fixe et rigide qu'on peut voir comme une entité à part entière. Je pense qu'à l'échelle microscopique le problème est plus compliqué...
Deuxièmement, tu ne tiens pas compte de la force de rappelle que peut avoir le réseau sur les électrons (champs de Hall) et qui maintient les électrons dans le métal de tel manière que la neutralité locale soit respecté.
Quels est la force qui arrête les électrons en premier : les frottements ou le champs de Hall ? Je pense que c'est à vérifier également.
Dans les livres que j'ai lu on décrit un régime transitoire dans lequel les électrons sont rattrapés par le champ de Hall, puis oscillent autour d'une position d'équilibre en perdant de l'énergie par les forces de frottement pour enfin s'arrêter sur la position d'équilibre.
Troisièmement, tu donnes à tes électrons bien que tu t'en défends une quantité de mouvement pendant un temps . Il y a donc apparition d'un micro courant local perpendiculaire au tube de courant.
Enfin, je trouve que ta solution a beaucoup de point commun avec la loi d'Ohm... Dans le cas de la loi d'Ohm, on dit cependant que la quantité de mouvement des électrons est dispersé par chaleur. Même si dans ce cas là, il est vrai, ce n'est pas le même champ qui donne l'accélération aux électrons.

[mariposa]

Belle démonstration, mais néanmoins plusieurs points me dérangent.

Premièrement, ta démonstration s'appuie sur le fait que le réseau et quelque chose de fixe et rigide qu'on peut voir comme une entité à part entière. Je pense qu'à l'échelle microscopique le problème est plus compliqué...

l'hypothèse que je fais sur le réseau est tout à fait général en physique du solide (dans la limite de l'approximation de Born Oppeihemeur). Le réséau est modélisé (implicitement) par des atomes reliés par des "ressorts". C'est ainsi que lorsqu"un électron perd de la quantité de mouvement il excite une onde vibrationnelle (a l'échelle quantique il s'agit d'une interaction électrons-phonons).

Deuxièmement, tu ne tiens pas compte de la force de rappelle que peut avoir le réseau sur les électrons (champs de Hall) et qui maintient les électrons dans le métal de tel manière que la neutralité locale soit respecté.

Le traitement que j'ai fait est du type heuristique. En faisant le même traitement complet (résolution de l'équation de Boltzmann) entre échanges de quantité de mouvement dans les 2 sens cela ne changerait rien au résultat (cela découle e l'approximation de la relaxationn de la distribution de maxwel-Boltzmann).

Par ailleurs la neutralité électrique n'a rien a voir ici.

Quels est la force qui arrête les électrons en premier : les frottements ou le champs de Hall ? Je pense que c'est à vérifier également.

Avec le même niveau de langage j'ai réecrit la force qui agit sur un électron unique tenu-compte de l'effet Hall. Je trouve:

F = q.[v- <v>].B

avec <v> = <v.tau>/<tau>

Autrement dit l'effet Hall filtre la contribution à la force de Laplace des électrons lents. Normalement il diminue la force de Laplace (problème d'ordre de grandeur?

Dans les livres que j'ai lu on décrit un régime transitoire dans lequel les électrons sont rattrapés par le champ de Hall, puis oscillent autour d'une position d'équilibre en perdant de l'énergie par les forces de frottement pour enfin s'arrêter sur la position d'équilibre.

Je ne vois pas de quelque équilibre il s'agit. Plutôt un régime permanent .

Troisièmement, tu donnes à tes électrons bien que tu t'en défends une quantité de mouvement pendant un temps . Il y a donc apparition d'un micro courant local perpendiculaire au tube de courant.

Non le courant perpendiculaire est nul et donne lieu à l'effet Hall. Néanmoins au niveau microscopique les électrons voyagent dans les 2 sens selon x. Les électrons lents se font dominer par le champ de Hall alors que les électrons rapides se font dominer par la force de Lorentz.

Enfin, je trouve que ta solution a beaucoup de point commun avec la loi d'Ohm...

Absolument toute la distribution (énergie et quantité de mouvement) des électrons est controlée par les forces externes qui sont contrariées par les collisions qui se résument en un temps de relaxation dépendent de la vitesse. C'est le coeur de la solution de l'équation de Boltzmann dans l'approximation du temps de relaxation. C'est ainsi que l'on démontre la loi d'Ohm.

Dans le cas de la loi d'Ohm, on dit cependant que la quantité de mouvement des électrons est dispersé par chaleur.

pas la quantité de mouvement, mais l'énergie.

[melchisedec]

Je m'introduit dans la conversation pour faire part de mon interprétation personnelle.

Comme disait je ne sais plus qui, si le transfert de quantité de mouvement des électrons au réseau se faisait par chocs alors la roue de Barlow ne fonctionnerait effectivement pas dans un supraconducteur ce qui me parait douteux, donc j'abonde avec ceux qui pense que le couple de rotation est du à un effet hall.

Maintenant j'ai un problème à vous soumettre que je posais dans un autre fil (énergie électrique centrifuge) avant que je ne vois votre discussion.

Supposons qu'on mobilise les électrons non pas par un champ électrique mais par une force centrifuge (on fait alors travailler provisoirement la roue en générateur en la faisant tourner) , le couple exercé sur la roue (indirectement par effet hall de rappel des électrons) par le champ magnétique perpendiculaire pourra t'il à un certain régime de rotation aider puis pourquoi pas se substituer à la force qui fait tourner la roue initialement ?

[mariposa]

[QUOTE=melchisedec;2000835]Je m'introduit dans la conversation pour faire part de mon interprétation personnelle.

Comme disait je ne sais plus qui, si le transfert de quantité de mouvement des électrons au réseau se faisait par chocs alors la roue de Barlow ne fonctionnerait effectivement pas dans un supraconducteur ce qui me parait douteux, donc j'abonde avec ceux qui pense que le couple de rotation est du à un effet hall.

Bonjour,

Il faut savoir que le champ magnétique ne penètre pas dans un supraconducteur, c'est l'effet Meismer.

Par ailleurs il ne peut pas y avoir d'efet Hall dans la roue de Barlow puisque le système n'est pas borné dans le sens du produit vectoriel courant/champ magnétique.

De toute façon le champ de Hall dans un système ne peut pas avoir un role moteur puisqu'il est solidaire du système (de la même façon que l'on, ne peut pas monter au ciel en se soulevant soi-même par le pantalon).

Par ailleurs il est de notoriété que l'origine des forces dans ces situations est la force de Laplace. c'est prendre un grand risque que de proposér une autre explication.

Enfin la démonstration que j'ai faîtes en #40 consiste à démontrer la force de Laplace (macroscopique) à partir de la force de Lorentz (microscopique).

Maintenant j'ai un problème à vous soumettre que je posais dans un autre fil (énergie électrique centrifuge) avant que je ne vois votre discussion.

Supposons qu'on mobilise les électrons non pas par un champ électrique mais par une force centrifuge (on fait alors travailler provisoirement la roue en générateur en la faisant tourner) , le couple exercé sur la roue (indirectement par effet hall de rappel des électrons) par le champ magnétique perpendiculaire pourra t'il à un certain régime de rotation aider puis pourquoi pas se substituer à la force qui fait tourner la roue initialement ?

Pourrais-tu ouvrir un fil spécifique pour ta question. Si possible joindre unn dessin ou préciser ta configuration ou en la situant un repère dans un repère x,y,z

[invité576543]

Par ailleurs il ne peut pas y avoir d'efet Hall dans la roue de Barlow puisque le système n'est pas borné dans le sens du produit vectoriel courant/champ magnétique.

Je m'étais fait cette réflexion dans un premier temps, mais c'est incorrect. La roue EST bornée, c'est une évidence. Que ce soit grand par rapport à l'endroit où, on peut le présumer, passe le courant est juste, mais la roue est quand même finie! Et peut-être est-ce suffisant à la création d'une ddp dans cette direction.

D'ailleurs si c'est le cas cela doit être mesurable, par un simple voltmètre.

Il faut savoir que le champ magnétique ne penètre pas dans un supraconducteur, c'est l'effet Meismer.

Peut-on en tirer la conclusion que tu prédis que la roue ne tournerait pas si elle était supra-conductrice?

De toute façon le champ de Hall dans un système ne peut pas avoir un role moteur puisqu'il est solidaire du système (de la même façon que l'on, ne peut pas monter au ciel en se soulevant soi-même par le pantalon).

Cela revient à dire que les électrons seraient solidaires du système non? Que le champ de Hall ne puisse pas être évoqué pour le mouvement des électrons, oui. Mais si considère les électrons partiellement désolidarisés du substrat, on doit pouvoir parler d'un effet moteur des électrons sur le substrat sans tomber dans la traction de pantalon, non?

Par ailleurs il est de notoriété que l'origine des forces dans ces situations est la force de Laplace. c'est prendre un grand risque que de proposér une autre explication.

Il n'y a pas d'incompatibilité. Force de Laplace et effet hall pourraient être deux facettes d'un même phénomène sans que la notoriété soit contredite, non?

Cordialement,

PS: Question annexe, est-ce qu'il y a une différence de principe entre la roue de Barlow et les moteurs à cage d'écureuil? Autrement dit, est-il légitime de dire que toute explication pour l'une s'applique aux autres, et réciproquement?

[mariposa]

Je m'étais fait cette réflexion dans un premier temps, mais c'est incorrect. La roue EST bornée, c'est une évidence. Que ce soit grand par rapport à l'endroit où, on peut le présumer, passe le courant est juste, mais la roue est quand même finie! Et peut-être est-ce suffisant à la création d'une ddp dans cette direction.

Effectivement. Si on raisonne rigoureusement le champ moteur issu des forces de Lorentz provoque un courant source (un générateur de courant) qui nait dans la roue dans la partie sous le champ magnétique et qui se referme en tournant autour de l'axe. Comme le matériau possède une résistance électrique il y aura une répartition de potentiel dans toute la roue de Barlow. Il s'agit donc fondamentalement du même phénomène que l'effet Hall sauf que l'effet Hall est réservé à la configuration géométrique standard du parallélipipède qui donne lie un champ de Hall (Dans cette configuration on a tout simplement un condensateur avec transfert de charges d'une électrode" à l'autre).

D'ailleurs si c'est le cas cela doit être mesurable, par un simple voltmètre.

Absolument on pourra vérifier qu'en 2 points quelconques de la roue de Barlow on a une ddp. (difficile à mesurer car la roue tourne).

Peut-on en tirer la conclusion que tu prédis que la roue ne tournerait pas si elle était supraconductrice?

Oui. A la réserve près que le champ magnétique penètre légerement en surface du matériau (il y a un phénomène d'écrantage) si bien qu"il pourrait y avoir une contribution à la force de Laplace.

Cela revient à dire que les électrons seraient solidaires du système non? Que le champ de Hall ne puisse pas être évoqué pour le mouvement des électrons, oui. Mais si considère les électrons partiellement désolidarisés du substrat, on doit pouvoir parler d'un effet moteur des électrons sur le substrat sans tomber dans la traction de pantalon, non?

Pas excatement parce que l'existence d une force (du au champ de Hall) ne suffit pas pour avoir un mouvement. Encore faut-il qu'il y ait échange de quantité de mouvement.

Les électrons source du champ de Hall sont bloqués sur la surface, ils ne peuvent donc mettre en mouvement le solide auquel ils appartiennent (via les électrons mobiles et les chocs avec le réseau). Pour cela il faudrait que les électrons de surface quittent le solide et emportent de la quantité de mouvement et par réaction le solide se mettre en mouvement dans la direction opposée. Il s'agit donc bien d'un effet "pantalon".

Il n'y a pas d'incompatibilité. Force de Laplace et effet hall pourraient être deux facettes d'un même phénomène sans que la notoriété soit contredite, non?

J'avoue qu'avant l'existence du fil je ne m'étais pas posé toutes ces questions. La démonstration que j'ai faîtes du passage lorentz/laplace ma parait nickel. S'agissant de l'effet Hall j'ai démontré que celui-ci réduit la force de Lorentz en "éliminant" les électrons lents.

En termes de schéma électrique la force magnétique de Lorentz est équivalent à un générateur de courant avec une résistance en parallèle donc un une source de tension. L'effet Hall étant une source de tension en opposition. Donc pour moi il s'agit de 2 phénomènes franchement distincts.

Nota: Je ne suis pas complètement satisfait de ma démonstration du rôle de l'effet Hall relativement à Laplace. Je suis donc vivement intéressé à la suite de cette discussion.

PS: Question annexe, est-ce qu'il y a une différence de principe entre la roue de Barlow et les moteurs à cage d'écureuil? Autrement dit, est-il légitime de dire que toute explication pour l'une s'applique aux autres, et réciproquement?

bien qu'avoir fait un BTS électronique industriel et automatismes et bobiné des transformateurs et des moteurs j'ai tout oublié. Il va falloir que je me recycle sur ce gentre de problèmes.

[melchisedec]

précisemment j'ai déjà un autre fil "génération d'électricité centrifuge" mais qui n'a pas bcp de succès.

Je vais poser la question d'une autre façon : Est-ce que la force de Laplace dans une roue de Barlow change de sens selon que la rotation de la roue est une cause du courant (mode générateur) ou un effet du courant (mode moteur) ?

[lpeg]

Bonjour, melchisedec. Ça fait du bien d'avoir un peu de soutient.

Sans réfléchir et pour répondre à ton problème dans la précipitation, je dirai oui !

Pourquoi :

Je pense que dans le cas moteur où on pousse la roue, la force de Laplace, due au courant créé par le champs électromoteur, s'opposera au déplacement de la roue : (Cela me paraît logique que la force tende à s'opposer à la cause qui lui à donner naissance)



où est la vitesse de la roue.

Dans le cas moteur, la force de Laplace, au contraire, produit le déplacement...

Donc si la roue tourne dans le même sens...

Maintenant il faudrait bien poser le problème, voir déjà le sens du courant dans la roue pour en déduire celui de la force de Laplace.

[stefjm]

PS: Question annexe, est-ce qu'il y a une différence de principe entre la roue de Barlow et les moteurs à cage d'écureuil? Autrement dit, est-il légitime de dire que toute explication pour l'une s'applique aux autres, et réciproquement?

Je dirais bien qu'il y a une différence en particulier sur la réversibilité.

Tous les moteurs électriques sont réversibles et peuvent aussi bien fonctionner en moteur qu'en générateur.

Je ne vois pas la roue de Barlow fournir du courant si on l'entraine mécaniquement. Si??

[lpeg]

l'hypothèse que je fais sur le réseau est tout à fait général en physique du solide (dans la limite de l'approximation de Born Oppeihemeur). Le réséau est modélisé (implicitement) par des atomes reliés par des "ressorts". C'est ainsi que lorsqu'un électron perd de la quantité de mouvement il excite une onde vibrationnelle (a l'échelle quantique il s'agit d'une interaction électrons-phonons).

C'est ce que je voulais dire... Je pense que vu la taille de l'électron par rapport à celle de l'atome tu ne peux pas faire l'approximation de l'échange de quantité de mouvement. Tu l'as dit toi même : lorsqu'un électron perd de la quantité de mouvement il excite une onde vibrationnelle... Donc le réseau va vibrer et se désexciter sous forme de chaleur.

Dans le cas d'un gaz, les molécules du gaz étant plus grandes, il peut y avoir échange de quantité de mouvement. Un gaz peut pousser une paroi mais un flux d'électron, c'est moins évident.

Pour en revenir à l'effet Hall, je ne vois pas où est le problème, le nuage électronique (électrons libres) est poussé par la force de Laplace, et attire avec lui le réseau pour garder la neutralité électrique interne du métal... Le réseau étant libre de se déplacer, il se déplace. Je rappelle au passage qu'un conducteur ne peut avoir que des charges en surface, donc pas de charge volumique, donc le réseau est obligé de suivre les électrons dans leur mouvement.

[lpeg]

Un autre bouquin abonde dans mon sens : Le Majou au édition Bréal : voir pièce jointe.

Au revoir.

[lpeg]

Je ne vois pas la roue de Barlow fournir du courant si on l'entraine mécaniquement. Si??

Si tout à fait, il y a apparition d'un champ électromoteur... Voir post plus haut.

[garideau]

Je dirais bien qu'il y a une différence en particulier sur la réversibilité.

Tous les moteurs électriques sont réversibles et peuvent aussi bien fonctionner en moteur qu'en générateur.

Je ne vois pas la roue de Barlow fournir du courant si on l'entraine mécaniquement. Si??

Premièrement, vous affirmez que tous les moteurs sont réversibles, puis vous doutez que la roue de Barlow le soit ? La roue de Barlow n’est plus ni moins la configuration du disque de Faraday en mode moteur.

[stefjm]

Premièrement, vous affirmez que tous les moteurs sont réversibles, puis vous doutez que la roue de Barlow le soit ? La roue de Barlow n’est plus ni moins la configuration du disque de Faraday en mode moteur.

Je vais aller me coucher plutôt que d'écrire des bêtises...

[invité576543]

Pour en revenir à l'effet Hall, je ne vois pas où est le problème, le nuage électronique (électrons libres) est poussé par la force de Laplace, et attire avec lui le réseau pour garder la neutralité électrique interne du métal... Le réseau étant libre de se déplacer, il se déplace. Je rappelle au passage qu'un conducteur ne peut avoir que des charges en surface, donc pas de charge volumique, donc le réseau est obligé de suivre les électrons dans leur mouvement.

Je comprends cela comme ça aussi. Et ce n'est pas un "effet pantalon". C'est un peu comme mettre un élastique sur un objet et tirer sur l'élastique. Le champ magnétique combiné au courant tire les charges mobiles qui tirent les charges fixes, de même que la force extérieure tire l'élastique qui tire l'objet.

Mais ce n'est pas incompatible avec l'explication en termes de frottement. On peut très bien penser qu'il y a deux composantes, l'une électrique (type hall) et l'autre dues aux chocs des électrons contre le réseau (ce qui est corrélé avec la résistance).

Si on mesure une ddp transversale non nulle, alors la contribution de l'effet hall n'est pas nulle, mais cela ne montre pas qu'il n'y a que cela.

Ca pourrait être comme suit : deux composantes, dont la répartition dépend de la conductivité. Dans le cas extrême semi-conducteur les électrons sont déviés au maximum, il n'y a que l'effet hall, une forte ddp transversale et ça tourne. Dans le cas d'un presque isolant (soumis à une très forte tension) les électrons suivent la ligne droite (trop de résistance pour faire autrement), il n'y a qu'un très faible ddp et la quantité de mouvement est transmise par chocs. Et ça tourne aussi.

Un tel modèle prédit que ça tourne en fonction du courant et plus ou moins indépendamment de la conductivité, mais que la ddp transversale augmente avec la conductivité.

Cordialement,

[mariposa]

Un autre bouquin abonde dans mon sens : Le Majou au édition Bréal : voir pièce jointe.

Au revoir.

Bonjour,

2 remarques préliminaires:

1- Dans cette "démonstration" l'existence de l'effet Hall est complètement déconnectée du calcul de la force de Laplace. Supprime les premières lignes et cela ne changera en rien la démonstration qui suit.

2- La démonstration qui suit de la force de Laplace est très vague. On dirait que c'est quelqu'un qui connait la réponse et qui enchaine des phrases vagues.

Comment crée un effet Hall nul?

Maintenant pour en revenir au coeur du problème voici un moyen radical d'éliminer l'effet Hall sans supprimer la force de Laplace.

Il suffit de prendre un semiconducteur ayant la même densité et la même mobilité pour les électrons et les trous.

Pour le courant suivant la direction y les électrons et les trous vont dans le sens inverse et comme les charges sont opposées les 2 courants sont de même sens (ils sont additifs). Le courant total est le double du courant électronique.

Pour le courant de Hall dans la direction x les 2 types de porteurs sont déviés dans le même sens (par exemple sur la gauche) par conséquent le courant résultant est nul (ils sont soustractifs) et il n'y a pas d'effet Hall. Par contre les 2 particules se dirigeant vers la gauche contribue de façon identique pour la force de Laplace.

On a ainsi un système pour lequel l'effet hall est nul sans faire disparaitre pour autant la force de Laplace.

Remarque très importante:

La force que subit un électron s'écrit:

F(v) = q. (EH + v.B)

EH est le champ de Hall alors que v est la vitesse individuelle d'un électron. On note que cette force n'est jamais nulle (sauf pour l'électron qui a la vitese v.

Pour calculer le champ de Hall on peut remplacr la distribution en vitesse des électrons par un électrons ayant la vitesse moyenne de tous les électrons soit <v> que l'on appelle la vitesse de dérive. Dans ce cas la force moyenne est nulle et l'on a:

EH = - <v>.B

Formule bien connue. Hélas de nombreux livres presentent une grosse lacune sur ce point.

En effet le fait que la force dépende de la vitesse d'un électron spécifique a des conséquences observables. La force de Lorentz sur les électrons les plus rapides l'rmporteront sur la force de Hall, ils iront donc, par exemple, vers la gauche. A contrario les électrons lents seront dominés par le champ de Hall, ils iront vers la droite. On aura donc des électrons chauds a gauche et des électrons froids a droite qui se relaxeront localement sur le réseau. Il y aura donc un gradient de température transerversal. Ce phénomène est connu et s'appelle l'effet Ettingshausen.

A noter dans une configuration ou l'effet Hall serait nul l'effet Ettingshausen n'est pas pour autant supprimé.

[lpeg]

2- La démonstration qui suit de la force de Laplace est très vague. On dirait que c'est quelqu'un qui connait la réponse et qui enchaine des phrases vagues.

je suis totalement d'accord avec toi sur ce point...
Le champs de Hall étant fixé, il est le même pour tous les électrons. Comment le lié ,pour chaque électron, à la force de Lorentz qui elle dépend de chaque électron.
C'était le sens de ma question quand je demandai si c'était un effet d'Hall local ou macroscopique. J'avoue que là, la théorie pioche un peu.
Il est vrai que le courant I est lié à la loi d'Ohm et donc la vitesse est une moyenne. (Cf loi d'Ohm)
Dans les démonstrations j'ai l'impression qu'ils se sortent de se problème en prenant la vitesse moyenne donné par la loi d'Ohm et en l'intégrant à l'expression de la force de Lorentz, si bien qu'ils supposent en faite que tous les électrons ont la même vitesse.

[melchisedec]

Il y a un point essentiel qu’il ne me semble pas qu’on ait abordé sur la roue de Barlow et potentiellement révolutionnaire (je plaisante quoique ?!)

Prenons un disque conducteur baigné dans un champ magnétique perpendiculaire constant sur toute la surface pour éviter des courants de Foucault éventuels dus aux variations de champ.

Comme dans une roue de Barlow classique, je crée un courant électrique entre le centre et la périphérie de sorte que les électrons aillent dans le sens centrifuge comme la force d’inertie qui à priori les entrainent également en plus du champ électrique.

Une fois que ma roue de Barlow a atteint une vitesse de rotation correspondant à l’énergie d’extraction des électrons libres du disque dans mon circuit je coupe l’alimentation (tout en maintenant un circuit électrique extérieur de résistance minimale entre le centre et la périphérie du disque, par exemple grâce à un inverseur). Mes électrons vont donc inertiellement continuer sur leur lancée, dès lors pourquoi la force de Laplace ne continuerait-elle pas de faire tourner mon disque ad vitam aeternam ? Conservation de l'énergie ? mais comment fonctionnerait-elle dans ce cas ?