Veritasium - Le circuit électrique géant

[Pio2001]

Depuis quelques semaines, une vidéo de Veritasium agite Youtube :
https://www.youtube.com/watch?v=bHIhgxav9LY

Il y pose l'énigme suivante :

Un circuit électrique est composé d'une pile, d'une ampoule et d'un interrupteur permettant d'allumer l'ampoule.
L'interrupteur est relié au pôle + de la pile par un fil de 1 mètre de long (longueur négligeable).
Le pôle + de l'ampoule est relié à l'interrupteur par un fil de 300000 km de long, qui effectue un aller et retour jusqu'à 150000 km de distance, pour revenir se connecter à l'ampoule, elle-même située à une distance de 1 mètre de la pile.
L'autre borne de l'ampoule est également reliée par un fil de 300000 km, qui s'étend dans l'autre direction, et qui revient au pôle - de la pile.

1.jpg

2.jpg

En supposant que les fils ont une résistance nulle et que l'ampoule s'allume instantanément lorsqu'elle reçoit du courant, combien de temps s'écoulera-t-il entre le moment où on ferme l'interrupteur et le moment où l'ampoule s'allume ?

a) 0.5 secondes
b) 1 seconde
c) 2 secondes
d) 1/c secondes
e) Aucune des réponses ci-dessus

Je vous laisse poster votre réponse avant d'entamer la discussion sur les résultats.
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[mach3]

Comme ça à chaud, je dirais une seconde (voire un peu plus)... parce qu'il faut un champ électrique entre les bornes de l'ampoule pour qu'un courant y circule et que les modifications du champ électrique se propagent le long du conducteur au maximum à la vitesse c. Il y a quand même un truc bizarre avec le fait que l'ampoule soit voisine de l’interrupteur, mais je ne vois pas comment, même si l'ampoule est instantanément au courant (oh le jeu de mot!) du changement au niveau de l’interrupteur, un champ électrique pourrait s'y établir instantanément : la modification devrait suivre le conducteur.

Mais bon, c'est à chaud et à une heure tardive. Possible que je me plante totalement.

m@ch3

[ann72]

Bonjour !
Quand est il des champs magnétiques sur le long du parcourt ?
Vu que le conducteur est idéal il est donc tout au même potentiel , l'ampoule et l’interrupteur sont aussi idéals (idéaux ) 0,5 s
Quand un tuyau est plein , l'eau sort immédiatement quand on ouvre le robinet !

[penthode]

aucune réponse valable !

la propagation dans un conducteur n'est pas de C , mais de l'ordre de 0,8 C

[A voir en vidéo sur Futura]

[Gwinver]

Bonjour.

Il faut faire la manip pour savoir.

Si les deux fils étaient parallèles, on aurait une ligne de propagation avec une certaine impédance caractéristique et un certain coefficient de vélocité.
Mais, ici, les deux fils ne sont pas parallèles, mais repliés sans information sur la géométrie.

La réponse risque à l'énigme prêtera à beaucoup de discussions.

[gts2]

Bonjour,

Je serai ravi d'avoir un avis éclairé (!)
Un lien donné par l'auteur de la video : Abbott Olsen

[XK150]

L'explication qui me convient et développée par d'autres : c'est un problème de ligne de transmission , souvent contre-intuitif .

Il faut environ 1 m / c seconde pour que l'ampoule s'allume , car la lumière apparaît par le champ magnétique dont l'origine est seulement à 1m de l'ampoule .

La lumière est une onde électromagnétique , le champ à l'intérieur des plaques est le même que celui à l'extérieur des plaques .

[gts2]

Il faut environ 1 m / c seconde pour que l'ampoule s'allume , car la lumière apparaît par le champ magnétique dont l'origine est seulement à 1m de l'ampoule.

C'est là que j'aurai besoin de précision : à 1m/c, l'onde créée par la fermeture de l'interrupteur atteint l'ampoule, MAIS les champs E et B ne sont pas ceux en régime permanent, donc l'ampoule ne s'allume pas forcément ?

Tant qu'au problème de ligne de transmission, j'ai un autre problème : les calculs usuels reposent sur une tension appliquée entre les deux fils, or là elle est en série avec un fil ...

[antek]

Pour la lumière il faudra aussi tenir compte de temps de réponse électronique de la lampe

[inviteca0583eb]

Je serai ravi d'avoir un avis éclairé (!)
Un lien donné par l'auteur de la video : Abbott Olsen

C'est étrange dans ce cas.
Puisque la conclusion de cette étude ne fournit pas la même conclusion que la vidéo.

(Après il existe bien des vidéos qui démontrent l'existence des sirènes )

When reflections return (at a time equal to twice the length of each side divided by the speed of light (assuming propagation at the speed of light), the current through each resistor (bulb) will change and the brightness of each bulb will change. Further reflection and transmission will occur as the waves reach the center. This process repeats itself until the voltage and current at any point in the system ultimately stabilize.

https://docs.google.com/presentation...it#slide=id.p7

[gts2]

C'est étrange dans ce cas.
Puisque la conclusion de cette étude ne fournit pas la même conclusion que la vidéo.

Je suis bien d'accord d'où ma demande ...

[coussin]

Au bout de 1m/c, il s'agit donc de transmission sans fil, par induction. À 1 m de distance, avec les champs magnétiques en 1/r, il doit pas y avoir beaucoup de couplage
La conclusion est donc que l'ampoule s'allume très très très très très très faiblement au bout de 1m/c (en supposant une ampoule parfaite) et se met à briller beaucoup plus fort au bout de 1s quand l'onde EM s'est propagée le long des fils.

La question est donc mal posée... Elle est destinée à "choquer" et à faire du sensationnalisme ce qui est la marque de fabrique de Veritasium (perso, je déteste ce type de vulgarisation scientifique).
Et ça marche puisqu'on en parle ici !

[Pio2001]

Salut,
Des réponses concordantes ont été faites, certaines données plus haut (Robert Olsen et Richard Abbott, https://docs.google.com/presentation...6YPWWAyDO/edit), et plein d'autres sur Youtube. J'ai regardé celle-ci, d'ElectroBoom, assez drôle, et qui donne la même conclusion que Richard Abbott : https://www.youtube.com/watch?v=iph500cPK28

De plus, Richard Abbott a réalisé l'expérience en miniature et ses résultats confirment dans l'ensemble, ces analyses.

Voici donc ce qu'il en est.

Comme ça à chaud, je dirais une seconde (voire un peu plus)... parce qu'il faut un champ électrique entre les bornes de l'ampoule pour qu'un courant y circule et que les modifications du champ électrique se propagent le long du conducteur au maximum à la vitesse c.

C'est ce que j'aurais dit aussi. Mais c'est plus compliqué que cela. Le front d'onde du champ électrique ne suffit pas à lui seul à établir le courant définitif, sauf dans un cas très particulier.

Vu que le conducteur est idéal il est donc tout au même potentiel ,

Non, car la vitesse de la lumière empêche la propagation instantanée de ce potentiel. Si on modifie le potentiel à une extrémité du fil, le potentiel à l'autre extrémité ne change pas tout de suite. Il y a un délai pendant lequel il y a une différence de potentiel dans le conducteur !

aucune réponse valable !

la propagation dans un conducteur n'est pas de C , mais de l'ordre de 0,8 C

Bien essayé. Mais comme on l'a vu, ce n'est pas la fin de l'histoire.

Il faut faire la manip pour savoir.

Si les deux fils étaient parallèles, on aurait une ligne de propagation avec une certaine impédance caractéristique et un certain coefficient de vélocité.
Mais, ici, les deux fils ne sont pas parallèles, mais repliés sans information sur la géométrie.

En voilà une idée qu'elle est bonne.
Le résultat de Richard Abbott est joli à voir.
Son ampoule de 2 Volts est montée à 1,25 Volts quasi instantanément (le temps qu'il a fallu à son générateur de tension pour établir les 2 Volts à la source), et a dépassé les 2 Volts, plus tard, au bout d'une durée équivalente à 1 seconde.

L'explication qui me convient et développée par d'autres : c'est un problème de ligne de transmission , souvent contre-intuitif .

Il faut environ 1 m / c seconde pour que l'ampoule s'allume , car la lumière apparaît par le champ magnétique dont l'origine est seulement à 1m de l'ampoule .

Exact, à condition que l'ampoule s'allume dès qu'une fraction du courant nécessaire commence à circuler.

C'est là que j'aurai besoin de précision : à 1m/c, l'onde créée par la fermeture de l'interrupteur atteint l'ampoule, MAIS les champs E et B ne sont pas ceux en régime permanent, donc l'ampoule ne s'allume pas forcément ?

Tout à fait.

Au bout de 1m/c, il s'agit donc de transmission sans fil, par induction. À 1 m de distance, avec les champs magnétiques en 1/r, il doit pas y avoir beaucoup de couplage
La conclusion est donc que l'ampoule s'allume très très très très très très faiblement au bout de 1m/c (en supposant une ampoule parfaite)

Toujours exact.

et se met à briller beaucoup plus fort au bout de 1s quand l'onde EM s'est propagée le long des fils.

Non, d'après les analyses données en lien, au bout d'une seconde, elle brille encore très très très très très faiblement, au bout de 2 secondes très très très très faiblement, au bout de trois secondes très très très faiblement, 4 secondes très très faiblement, 5 secondes très faiblement etc.
Dans le cas où l'impédance caractéristique de la ligne est grande devant la résistance de l'ampoule, la tension aux bornes de l'ampoule augmente progressivement, par paliers qui tendent asymptotiquement vers la tension finale selon une loi exponentielle.

Mais dans le cas où l'impédance caractéristique de la ligne vaut la moitié de la résistance de l'ampoule, la tension aux bornes de l'ampoule, en visant 2 Volts, est de 1 Volt quasi instantanément (au bout de 1/c secondes), et passe à 2 Volts au bout d'une seconde.

Cette expérience me met la tête à l'envers ! Je n'ai fait que répéter ce que j'ai lu, mais je me pose plein de

questions.

Pendant la première seconde, d'où vient l'énergie qui alimente la lampe ?
Du condensateur formé par les immenses fils ? Mais ce condensateur n'était pas chargé !
De l'induction entre les fils ? Mais le générateur débite du courant continu !

Et que se passe-t-il si le circuit est ouvert aux extrémités ?
Pour des raisons causales, ce qui se passe dans la première seconde est forcément identique : une faible tension est appliquée aux bornes de l'ampoule... qui n'est pourtant pas branchée !
Et donc... cette tension redescend à zéro seconde après seconde ?

Et si le fil est infini ? L'ampoule est indéfiniment alimentée par une tension de 1 volts en courant continu... par un fil qui ne lui est même pas connecté ??

[stefjm]

Si on considère que c'est une ligne de transmission, c'est très classique comme manip :
https://www.google.com/url?sa=t&rct=...5b4bCVfNsFH9cE

ou

http://genelaix.free.fr/archives/iuf...yper_ligne.pdf

[Gwinver]

Bonjour.

Il faut regarder la figure 2 du post initial.
Il s'agit de deux lignes de transmissions de 150 000 km non couplées entre elles:

une première ligne vers la droite en court circuit à son extrémité
une seconde vers la gauche court circuitée à son extrémité.

[gts2]

Mais le branchement du générateur n'est pas habituelle : la ddp n'est pas appliquée entre les deux lignes mais en série sur une ligne.
Comment faire un équivalent entre les deux schémas ? (c'est ce que tente Olsen en ajoutant et retranchant des générateurs)

[Gwinver]

Grosso-modo, la structure ressemble à un doublet replié dont le bras opposé à la source est chargée par une résistance: T2FD
Une telle structure rayonne sur une large bande de fréquence.
La source est assimilable à un step de tension. La partie transitoire est donc largement impactée par le rayonnement de l'antenne.

[inviteca0583eb]

Un autre truc amusant : Si on avait placé l’interrupteur à 1m de la lampe (et non pas comme sur le schéma à coté de la pile) la lampe s'allumerait au bout du temps 1/c.
Parce-que le câble serait chargé.
On pourrait d'ailleurs enlever la pile juste avant d’enclencher l'interrupteur et la lampe s'illuminerait encore au bout du temps 1/c et resterait même allumée pendant un bon bout de temps (le câble serait alors assimilable à une grosse capacité vu sa longueur énorme)

[Anathorn]

Salut,
Je me permet de deterrer ce post pour poser une question.
J'avais créé un post identique sans voir que celui ci existait déjà, et il a été fermé.

Avant de poser ma question, j'aimerais résumer très brièvement :

Lorsqu'on switche l'interrupteur, la lampe s'allume très faiblement en 1/c secondes, mais va attendre que le flux electrique lui parvienne avant de briller normalement (qui dépend de la longueur du cable et de sa resistance), donc a peu près c/ 150 000 km de cable / 0.6 (vitesse du jus dans le cuivre je crois non ?).
On est a un peu plus d'une demi seconde.
Déjà, merci de me confirmer si j'ai bien résumé et pas dit de bêtises.

Ma question :
Est-ce que l'ampoule va aussi très faiblement s'allumer si on coupe le cable a 10km de l'arrivée a l'ampoule (10km pour être assez loin de l'ampoule mais en obligeant le flux electrique a faire 149990 km avant).
Est-ce que cette ampoule va faiblement s'allumer jusqu'a ce que le flux "s'apercoive" qu'il ne peut pas passer, a l'arrivée a cette coupure ?
Et donc qu'est-ce qui va se passer pour l'ampoule ?
Elle va continuer a briller très faiblement ou s'arrêter de briller totalement au bout de la demi seconde ?

Merci pour vos réponses.

[le_STI]

Salut,

cette vidéo devrait répondre à tes questions :

https://youtu.be/2Vrhk5OjBP8

[Pio2001]

Salut,

cette vidéo devrait répondre à tes questions :

https://youtu.be/2Vrhk5OjBP8

Très bonne vidéo, merci. Il y a même une suite prévue.

Lorsqu'on switche l'interrupteur, la lampe s'allume très faiblement en 1/c secondes, mais va attendre que le flux electrique lui parvienne avant de briller normalement (qui dépend de la longueur du cable et de sa resistance), donc a peu près c/ 150 000 km de cable / 0.6 (vitesse du jus dans le cuivre je crois non ?).
On est a un peu plus d'une demi seconde.
Déjà, merci de me confirmer si j'ai bien résumé et pas dit de bêtises.

Deux fois plus, car il faut compter aller et retour.

Est-ce que l'ampoule va aussi très faiblement s'allumer si on coupe le cable a 10km de l'arrivée a l'ampoule (10km pour être assez loin de l'ampoule mais en obligeant le flux electrique a faire 149990 km avant).

Oui.
On ne voir dans la vidéo.

Est-ce que cette ampoule va faiblement s'allumer jusqu'a ce que le flux "s'apercoive" qu'il ne peut pas passer, a l'arrivée a cette coupure ?

Oui.

Et donc qu'est-ce qui va se passer pour l'ampoule ?
Elle va continuer a briller très faiblement ou s'arrêter de briller totalement au bout de la demi seconde ?

Il y a une sorte de réaction, après 1 seconde le courant initial, très faible, s'annule et repart dans l'autre sens un peu plus fort au début, puis il finit par s'annuler complètement.

[Anathorn]

Je vous remercie (le_STI et Pio2001) pour vos réponses.
Très interessaaant ^^
Vraiment excellent : le gars crée un véritable dispositif expérimental car il n'est pas satisfait de la vidéo veritassium et nous explique dans le détail pourquoi l'ampoule s'allume quand même.
Il refait ce que je questionne (si on coupe le fil), illustrant encore bien mieux le phénomène que je ne m'imaginais possible...
L'effet rebond lorsque le courant arrive en fin de ligne est totalement fascinant.
Comme un effet ressort, qui passe la valeur de l'ampoule en dessous de sa valeur initiale lorsqu'il y revient !
Vraiment passionnant de voir un gars qui veut pousser plus loin une expérience qu'il juge insatisfaisante.

Je ne suis pas plus intelligent (je ne fais qu'égratigner un peu la masse de mon ignorance de la physique), mais je suis moins bête (j'égratigne quand même !).


Merci beaucoup.
Bonne jubilation !

[mizambal]

Hello. ya des logiciels pour simuler ce phénomène électrique : https://youtu.be/aqBDFO1bEs8?t=373