Expérience de lévitation magnétique

[invitea615a617]

Bonjour à toutes et à tous.

Je souhaite réaliser, dans le cadre de mon TIPE, une expérience mettant en évidence le phénomène de lévitation magnétique. J'ai pensé à prendre deux bobines, l'une fixe et l'autre mobile selon l'axe verticale, dont les intensités de courant électrique traversant les deux bobines sont de sens opposés (entraînant deux bobines de pôles opposés => force répulsive => lévitation), et pour qu'elles restent centrées, je pensais mettre un matériau ferromagnétique, un noyau de fer doux par exemple, pour ainsi centrer les deux bobines d'une part, et pour avoir des champs magnétiques créés par les deux bobines plus important sans toucher à l'intensité. Bien-sur, pour la bobine qui doit léviter, il s'agira d'une bobine plate ou spire.

Est-ce que cette expérience est réalisable chez soi ?
La bobine qui est fixe doit comporter combien de spires pour obtenir un bon résultat ?
Les forces créées sont-elles des forces de Laplace ?

Dans l'attente d'une réponse de votre part, je vous remercie de votre aide et de votre disponibilité par avance.
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[invite6dffde4c]

Bonjour.
Le problème de faire léviter deux aimants ou deux bobines est que leur situation n'est pas stable: ils on tendance à se retourner.
Pour qu'ils ne se retournent pas il faut les enfiler comme des brochettes.
Il y a d'autres astuces comme celles du Levitron.
Vous avez une liste d'autres possibilités dans wikipedia et dans cette autre page.
Au revoir.

[invitea615a617]

Merci pour ces liens, ils m'ont été très utiles
Mes réflexions ont suscité une question concernant le courant à injecter sur la bobine fixe: Pourquoi on doit considérer le système en régime sinusoïdal forcé (i(t) =Icos(wt + phi)...) ? Quel en est l'intérêt (simplification des calculs ou autre) ?

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Sinusoïdal car c'est plus simple et que l'on peut démontrer que l'on peut décomposer un signal périodique en somme de sinusoïdes de différentes fréquences.
Mais il faut du courant alternatif pour avoir des courants induits et profiter des forces crées "par" la loi de Lenz qui s'opposent au changement.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea615a617]

Merci pour cet éclairage. J'ai toutefois d'autre questions concernant le transrapid ^^:

Pour mettre en évidence le phénomène de lévitation, je prends une bobine (fixe) et une spire (mobile) et je calcule la force de Laplace. Or je trouve une résultante radiale, ce qui m'inquiète beaucoup parce que ça ne colle pas physiquement, et une résultante axiale, ce qui me rassure toutefois. D'où vient cette composante radiale ?

En prenant une bobine de résistance R et d'inductance L, on trouve une f.e.m. induite du type e[ind] = R.i + L.di/dt où i est le courant qui traverse la bobine L'intérêt de prendre un courant du type Icos(wt + phi) serait de pouvoir passer en complexe et de simplifier les calculs uniquement ?

Enfin une zone d'ombre demeure quant à la propulsion et au guidage latéral. J'ai l'impression que tous deux sont intimement liés: ils jouent avec les aimants latéraux pour pouvoir d'une part empêcher le transrapid de "coller" au rail, et d'autre part avec les pôles, d'assurer la propulsion ? Et quant au freinage, s'agit-il de créer une force s'opposant au mouvement ?

Encore merci pour votre disponibilité et j'attends votre réponse avec impatience.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Si vous mettez une bobine (ou une spire) dans une autre bobine avec le champ axial tout droit, il est normal que vous ne trouviez que des forces radiales: pas de lévitation possible.

Maintenant, mettes la spire à la sortie de la bobine, là ou le champ s'évase. Vous trouverez que les forces ne sont plus radiales.
Quand les champs sont uniformes "Lenz ne gagne rien en déplaçant quoi que ce soit". Pour qu'il y ait des forces il faut des champs non uniformes.

Je n'ai rien lu sur le "transrapid" et je ne peux pas vous aider. Je vous conseille de chercher dans les pages en anglais (ou en allemand si vous le lisez). Vous aurez plus d'information que dans les pages en français.
Au revoir.

[invitea615a617]

Je me suis mal expliqué . Pour ce qu'il suit, les caractères en gras représentent des vecteurs.

Concernant la force de Laplace, le vecteur courant élémentaire (dC = I.dl) admet une composante orthoradiale. Le champ créé par la bobine, en dehors de cette dernière bien évidemment, vu la divergence des lignes de champs, admet une composante axiale, mais aussi une composante radiale (pour sen assurer, il suffit de prendre un point M(0,0,z), puis, en dehors de la bobine, d'appliquer la formule de Taylor pour r faible). Donc quand je calcule ma force de Laplace, je trouve 2 composantes: l'une radiale (ce qui ne colle pas physiquement), l'autre axiale, ce qui est en accord avec la réalité ...

[invitea615a617]

Non en fait j'ai trouvé, j'avais oublié que e[theta] dépend de cos (theta) et sin (theta)

[invite87ebcd20]

Le meilleur moyen de mettre en évidence la lévitation magnétique, c'est de laisser tomber les écrans plats et de reprendre un bon vieil écran cathodique.
L’image se forme par déviation magnétique d'un faisceau d'electron...
mais bon... c'est juste eu truc de grand père que je propose!

[invite6dffde4c]

Le meilleur moyen de mettre en évidence la lévitation magnétique, c'est de laisser tomber les écrans plats et de reprendre un bon vieil écran cathodique.
L’image se forme par déviation magnétique d'un faisceau d'electron...
mais bon... c'est juste eu truc de grand père que je propose!

Bonjour.
Vous confondez "lévitation" et "déflexion".
Ça n'a rien à voir.
Au revoir

[invite87ebcd20]

entre déflexion et lévitation, j'aurais du introduire un peu de réflexion.
Ainsi, cette erreur, j'aurais pu l'éviter (léviter?)!

[invite87ebcd20]

Plaisanterie mise a part, la lévitation (le fait, pour un être ou un objet, de se déplacer ou de rester en suspension au-dessus du sol, sous l'effet d'une force plus forte que la gravitation, sans contact physique solides) n'est elle pas une déflexion (une modification progressive de position ou d'une trajectoire sous l'effet d'un phénomène physique) de la force de gravité?

[invite6dffde4c]

Re.
Oui, c'est bien ça, une déflexion est une modification de la trajectoire alors que la lévitation est rester suspendu "en l'air". Soit parce qu'on est un fakir, soit par les courants induits, et finalement parce qu'on est un objet très diamagnétique.
(On peut acheter le gadget de la photo pour quelques euros).
A+

[invite87ebcd20]

La gravitation étant une force qui s'applique sur une trajectoire allant vers le centre de la terre, la lévitation contrariant cette force, on peut donc en déduire que le lévitation est une déflexion gravitationnelle!