TIPE : canon électromagnétique et loi de Lenz -> questions pour l'élaboration du canon et bien d'aut

[invitee82d5985]

Bonjour,

Actuellement en seconde année de Classe Préparatoire aux Grandes Ecoles, je dois accorder une partie de mon temps à l'élaboration d'un Travail d'Initiative Personnel Encadré (TIPE) ayant, cette année, pour thème : Prévision.
J'ai alors choisi de m'intéresser au canon magnétique. J'ai l'intention de faire deux approches : En effet, une première étude théorique sera envisagée afin de "prédire" la vitesse de sortie du projectile, tiré avec ce canon.
Puis une deuxième étude expérimentale viendra s'ajouter à mon travail afin de confronter les résultats théoriques aux résultats expérimentaux.

Le canon en question :

J'aimerai construire un "coilgun" utilisant la loi d'induction de LENZ.
Rapidement : Des condos chargés au préalable délivrent une tension aux bornes de la bobine (le canon) en se déchargeant. Cette tension étant variable (par continuité de la tension aux bornes d'un condo), le courant dans la bobine aussi, donc le champ B créé par celle-ci aussi, donc le flux aussi...d'où la loi de Lenz qui entre en action, à condition d'avoir un projectile bobiné (ou conducteur mais en tout cas non ferromagnétique !!)
Du coup un courant (qui est de sens contraire à celui déjà présent) se crée "dans" le projectile et donc un champ, qui s'opposera au champ déjà présent. On a alors deux champs B qui s'opposés, d'où une répulsion. (Nb : Comment expliquer simplement que deux champs B opposés se repoussent mutuellement ? --> C'est dû à la force de Lorentz ?).

N'ayant toujours pas commencé le cours d'électromagnétisme de deuxième année (qui introduit justement le phénomène d'induction et la loi de LENZ) je ne peux, pour l'instant, m'intéresser à l'aspect théorique. C'est pourquoi je décide de construire mon canon et donc de faire en premier la partie expérimentale.

Sauf que j'ai un problème quant à sa réalisation. En effet j'aurais besoin d'un protocole d'expérience. Mais seulement voila, après de longues recherches sur internet (que ce soit des sites anglais ou français), je ne trouve pas de chose satisfaisante (pour ne pas dire rien -_-" ...).
Cependant, je trouve beaucoup de choses concernant le "Railgun" ou encore le "coilgun" (ce dernier ayant cette fois un projectile ferromagnétique, donc qui illustre l'attraction/répulsion magnétique plutôt que l'induction, sauf erreur de ma part).

C'est pourquoi je m'en remets à vous :

- Comment/Où me procurer un tel protocole d'expérience pour CE type de canon ?

- Si impossibilité il y a, serait-il alors possible de prendre les données des composants utilisés pour la réalisation des autres canons dont j'ai parlé (et dont les schémas et caractéristiques sont plus ou moins exposés sur internet) et de les utiliser pour le mien, moyennant peut être des modifications légère de valeurs ou que sais-je ?

- Serait-il finalement plus judicieux de m'intéresser au railgun ou coilgun (avec projectile ferromagnétique) plutôt qu'a mon canon, en vu de la difficulté à trouver des informations sur la valeur des composants à utiliser pour mon expérience. Ou même pourquoi pas aux deux et faire une étude comparative en fin de travail....


Voilà je crois avoir tout dit. J’attends avec impatience vos réponses ou commentaires.
En attendant je vous souhaite un joyeux noël et de passer une bonne fête de fin d'année.
@+ et merci
-----

[invite52085ec6]

Bonjour,

Si tu désir construire un Coilgun il y a plein de vidéo sur youtube qui explique comment cela marche (a mon avis tu avait déjà remarqué ). Si tu veux comprendre le phénomène (principe de fonctionnement), je te conseil de d'intéresser au principe de fonctionnement des moteurs électrique (loi de Laplace, loi de Lenz,...)

Et même mieux, à mon avis les trains magnétique inventés par les chinois fonctionne de la même façon qu'un coilgun, tu devrai t'y intéressé.


Bonne fête de fin d'année.

[invitee82d5985]

Comme je l'ai dit, les vidéos portent majoritairement sur les "Coilguns" (a projectile ferromagnétique) ou les "Railguns"...et moi c'est un canon qui utilise l'induction qui m’intéresse.

J'ai aussi eu effectivement l'idée d'une analogie avec les moteurs, notamment avec les moteurs linéaires ou encore avec les catapultes électromagnétique utilisé par certain porte avion (pas beaucoup...). Mais je n'arrive pas à obtenir de caractéristiques pour ma "maquette".

Merci de m'avoir fait penser aux trains. Mais ce n'est pas plutôt la technologie des supraconducteurs qu'ils utilisent ?? Je regarderai, merci.

[invite52085ec6]

http://www.gralon.net/articles/comme...ement-3235.htm

Je pense qu'il y a 2 facon de faire fonctionner un train magnétique.
celle avec des electroaimants ( je ne sais pas si s'est utilisé) et celle, comme tu le dit, des supraconducteurs.
Mais tu as raison les train magnétique fonctionne effectivement avec des supraconducteurs.

Je ne comprend pas "le canon magnétique". Pourrais-tu m'expliquer ce que tu entend par ce therme.

Cordialement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee82d5985]

C'est expliqué (en bref) dans le premier message :

Rapidement : Des condos chargés au préalable délivrent une tension aux bornes de la bobine (le canon) en se déchargeant. Cette tension étant variable (par continuité de la tension aux bornes d'un condo), le courant dans la bobine aussi, donc le champ B créé par celle-ci aussi, donc le flux aussi...d'où la loi de Lenz qui entre en action, à condition d'avoir un projectile bobiné (ou conducteur mais en tout cas non ferromagnétique !!)
Du coup un courant (qui est de sens contraire à celui déjà présent) se crée "dans" le projectile et donc un champ, qui s'opposera au champ déjà présent. On a alors deux champs B qui s'opposés, d'où une répulsion.

[invite52085ec6]

Si je comprend bien, ton canon fonctionne de la meme facon qu'un coilgun sauf que le projectil n'est pas ferromagnétique donc ton projectil pourrai etre une balle en cuivre par exemple ?

[invitee82d5985]

C'est ça. Il faut et il suffit que le projectile soit conducteur (je pense que le mieux serait un projectile ayant un bobinage interne).

[invite52085ec6]

Bonsoir,

Je pense qu'il est impossible d'induire un matériau non ferromagnétique par courant de Foucault.

Donc je pense que tu vas devoir alimenter ton projectile comme on alimente le rotor d'un moteur alternatif synchrone.

Il y a 2 moyen d'alimenter le rotor d'une machine synchrone : -soit par redresseur (je ne pige pas trop)
-soit par balais (charbon moteur)

[invitee82d5985]

Ah bon ? C'est sur ça ?
Parce que dans toute les recherches que j'ai fais, ils ne mentionnent pas ça ...

Et comment le projectile partierai du canon si il est allimenté, donc relié à des cables ?

Ps : personne d'autre veut répondre à mon sujet ? J'aimerai plusieurs avis.

[interferences]

Bonjour

Donc à priori tu partirais sur un coilgun.
Le projectile n'est pas relié à des câbles (railgun si).
Après tu choisis : sois ferromagnétique (aimant : pas de courant induit), sois un projectile bobiné (courant induit).
Pour un projectile bobiné on utilise l'effet répulsif.
Le truc c'est que tu vas devoir faire des calculs pour que ça marche (commuter au bon moment).

Au revoir

[invite52085ec6]

Logiquement ton projectile devrait etre alimenté afin qu'il devienne "plus puissant"

Ce que j essay de t'expliquer c'est que oui une force electromotrice va se crée dans ta balle de cuivre, mais je pense pas que le cuivre se mettra a se deplacer.

Je part de cette idée car lorque tu rapproche un aimant pres du cuivre il n'est pas attirer.

Dans les moteurs lorqu'on alimente le la parti mobile du moteur, on le fait bien evidemment pas avec des cables, on le fait plutot avec un systeme de balais.

Les balais sont des especes de charbon fait en carbon qui son maintenu par un ressort.

http://www.google.be/imgres?q=balais...1t:429,r:1,s:0



http://www.google.be/imgres?q=balais...:0&tx=83&ty=91

[invitee82d5985]

Pourquoi commuter ? J'ai l'intention de n'utiliser qu'une seule bobine. Fhin pour le premier essai en tout cas, nan ? Et c'est pour ca que j'aurai besoin de carctéristiques pour mes composants, pour ne pas monter ça n'importe comment. Ensuite se posera le probleme de savoir si je rajoute d'autres bobines ou non afin d'augmenter l'accélération du projectile. Donc pour l'instant je pense qu'il est préférable de n'étudier le sytème qu'avec une seule bobine. Mais pour ce faire, j'ai besoin de données...

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Re

Il ne suffit pas que le projectile soit conducteur (aucune force électromotrice).
Sois ferromagnétique, sois bobiné.
Vouloir alimenter le projectile bobiné est juste difficile à mettre en place et ne sert strictement à rien.

Au revoir

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Pourquoi as-tu besoin de données?

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Re

Il suffit qu'il y ait un déplacement non?
Je pense que le plus simple est de créer 2 bobinages.
1 fixe et alimenté, l'autre mobile soutenu par un rail (une barre) et d'observer la répulsion.

Au revoir

[invitee82d5985]

Oui deux bobinages me semble aussi être une bonne idée.
(quand je disais vouloir qu'une seule bobine pour l'instant, j'entendais par là : qu'un seul canon quoi. Boen sur il y a encore le bobine du projectile. Mais pourquoi s'emmbeter avec un projectile. Vous avez raison il suffit simplement de monter une bobine plus peite sur un rail, et cela fera office de projectile.

Il me faut des données car je ne pense pas que je puisse aller au labo de mon lycée sans rien dans les mains (plan, caractéristiques, inventaire des composants etc...).

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Re

Je suppose que ton lycée dispose de bobines et de générateurs de courant.
Après il te faut du fil de cuivre et pour ton rail un tuyau lisse (par exemple).
L'inductance de la bobine n'a grande importance pour l'instant.
Si tu as du matériel chez toi tu peux déjà faire l'expérience.

Au revoir

[invitee82d5985]

Oui mais il me faudrait au moins un schémas électrique -> En fait c'est tout simplement un circuit C//L alimenté par un générateur nan ?
Oui j'aimerai pouvoir commencer chez moi, mais je n'ais pas le matériel .


PS : personne d'autre pour de nouveaux commentaires ou réponses à mes questions posées au premier message ??

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Re

Si tu veux faire avec un condo il faut que tu mettes 2 diodes avec : 1 pour empêcher d'avoir un circuit oscillant et 1 de roue libre.

Au revoir

[invitee82d5985]

Re (et bonne année )

Ah oui j'avais pas pensé à "contrer" les oscillations. Merci. Par contre la Diode de roue libre consiste à quoi exactement ? Protéger l'interrupteur des éventuels arcs électriques, c'est ça ??

Pourquoi le "Si tu veux faire avec un condo...." ? Y-aurait-il une autre possibilité ??

Le circuit serait donc : (alim en série avec une diode**) // condo(s) // ((bobine//diode de roue libre) en série avec un interrupteur).

PS : la diode qui empêche les oscillations est-elle bien placée comme ceci ? Personnellement j'aurais voulu la mettre entre le condo et la bobine car c'est dans cette zone qu'il y a les oscillation, mais après un rapide coup d'oeil sur internet, j'ai vu plusieurs schémas différents de coilgun dans lesquels ils mettent la diode en série avec l'alim (comme je l'indique ici **). Quelqu'un peut-il m'expliquer svp ?

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Re ( et bonne année )

Ah oui j'avais pas pensé à "contrer" les oscillations. Merci. Par contre la Diode de roue libre consiste à quoi exactement ? Protéger l'interrupteur des éventuels arcs électriques, c'est ça ??

Oui c'est ça.

PS : la diode qui empêche les oscillations est-elle bien placée comme ceci ? Personnellement j'aurais voulu la mettre entre le condo et la bobine car c'est dans cette zone qu'il y a les oscillation, mais après un rapide coup d'oeil sur internet, j'ai vu plusieurs schémas différents de coilgun dans lesquels ils mettent la diode en série avec l'alim (comme je l'indique ici **). Quelqu'un peut-il m'expliquer svp ?

Et bien je pense que tu as raison il faut mettre une diode entre le condo et la bobine (généralement tu as même un pont de diode dans l'alim ^^).

Au revoir

[invitee82d5985]

oui c'est vrai x). Par contre sur des schémas que j'ai vu, il y en a qui utilise une diode Zener en série avec la bobine . Pourquoi ? vous le savez ?
D'après mes souvenirs de terminale, elle permet de stabiliser en inverse, mais je n'en vois pas l'utilité ici... :/.


ps : Si quelqu'un a des réponses à mes questions laissées encore sans réponses...Je suis preneur :

(Nb : Comment expliquer simplement que deux champs B opposés se repoussent mutuellement ? --> C'est dû à la force de Lorentz ?).

[..]

C'est pourquoi je m'en remets à vous :

- Serait-il finalement plus judicieux de m'intéresser au railgun ou coilgun (avec projectile ferromagnétique) plutôt qu'a mon canon, en vu de la difficulté à trouver des informations sur la valeur des composants à utiliser pour mon expérience. Ou même pourquoi pas aux deux et faire une étude comparative en fin de travail....


Voilà je crois avoir tout dit. J’attends avec impatience vos réponses ou commentaires.
En attendant je vous souhaite un joyeux noël et de passer une bonne fête de fin d'année.

Merci .

[interferences]

Re

Ils utilisent une diode Zener comme une diode classique d'après moi en fixant la tension d'avalanche à une valeur suffisamment élevée (aucun intérêt particulier d'après moi).

(Nb : Comment expliquer simplement que deux champs B opposés se repoussent mutuellement ? --> C'est dû à la force de Lorentz ?).

Je pense que la façon la plus simple d'expliquer ce phénomène est de raisonner sur les énergies avec le vecteur de Poynting (faudrait que je m'y penche dessus).
Une chose est sûre c'est que cela est du à la force de Lorentz car c'est l’interaction électromagnétique (les forces de Laplace étant l'expression macroscopique des forces de Lorentz).

Au revoir

[interferences]

PS :

Pourquoi le "Si tu veux faire avec un condo...." ? Y-aurait-il une autre possibilité ??

Ben je pensais à un blocage mécanique du projectile.
Genre t'alimente ta bobine avec un générateur de courant, t'approche ton projectile de la bobine et tu le lâches .
Mais un banc de condensateurs c'est mieux tu as raison.

[invitee82d5985]

Re

Ils utilisent une diode Zener comme une diode classique d'après moi en fixant la tension d'avalanche à une valeur suffisamment élevée (aucun intérêt particulier d'après moi).
(Nb : Comment expliquer simplement que deux champs B opposés se repoussent mutuellement ? --> C'est dû à la force de Lorentz ?).
Je pense que la façon la plus simple d'expliquer ce phénomène est de raisonner sur les énergies avec le vecteur de Poynting (faudrait que je m'y penche dessus).
Une chose est sûre c'est que cela est du à la force de Lorentz car c'est l’interaction électromagnétique (les forces de Laplace étant l'expression macroscopique des forces de Lorentz).

vecteur de Poynting ? Jamais entendu parlé =O. Je demanderai à mon prof de physique si c'est au programme cette année...

Si non...comment l'expliquer à partir des forces de Lorentz ?
- On sais que F=q(E+v^B).
Si je comprend bien, au début il n'y a que qE qui travail puis une fois en mvt il y a qv^B mais aussi qv^B2 de l'autre bobine. Et comme B différent de B2 et de signe contraire, finalement F= q(E +v^B3) où (B3=B-B2 ou le contraire). Mais du coup pourquoi il faut que les champs soient opposés ? C'est mieux si ils sont du même sens, car la somme augmentera la composante de F d'avantage que la différence ...

- En utilisant la force de Laplace : dF=Idl^B
Il faut alors que le projectile soit excentré sinon la somme des dF le long de la bobine (intégrale suivant Idl) sera nulle.
Mais je ne vois pas où intervient le fait que : les deux champs B opposés impliquent que le projectile est expulsé.

Ben je pensais à un blocage mécanique du projectile.
Genre t'alimente ta bobine avec un générateur de courant, t'approche ton projectile de la bobine et tu le lâches .
Mais un banc de condensateurs c'est mieux tu as raison.

Non, du coup ça ne marcherait pas avec l'induction car il n'y a plus de variation de flux : dans ce cas je devrai donc utiliser un projectile ferromagnétique. C'est la variation du courant dans la bobine (d'où la présence des condos -> leurs décharges permet une variation très rapide) qui entraîne la variation de flux (de champs B) à travers elle, qui elle entraîne en courant dans le projectile, qui lui créé un champs opposé au précédant et boom répulsion : mais comment :'( ?

bonsoir

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Re

Non, du coup ça ne marcherait pas avec l'induction car il n'y a plus de variation de flux

En approchant le projectile tu créés ta variation de flux (mais c'est pas terrible).

J'ai un peu réfléchi à mon truc d'énergie :
Une bobine transforme de l'énergie électrique en énergie magnétique égale à 1/2 de B carré sur mu0 (perméabilité magnétique du vide).
Or si on approche une autre bobine de champ opposé. L'énergie magnétique tend à s'annuler. Or il faut bien qu'elle se retrouve quelque par.
Elle se transforme en énergie potentielle comme un ressort (démonstration à revoir).

Au revoir

[invitee82d5985]

En approchant le projectile tu créés ta variation de flux (mais c'est pas terrible).

Ah ouais. Vu comme ça !

J'ai un peu réfléchi à mon truc d'énergie :
Une bobine transforme de l'énergie électrique en énergie magnétique égale à 1/2 de B carré sur mu0 (perméabilité magnétique du vide).
Or si on approche une autre bobine de champ opposé. L'énergie magnétique tend à s'annuler. Or il faut bien qu'elle se retrouve quelque par.
Elle se transforme en énergie potentielle comme un ressort (démonstration à revoir).

Ah ouais c'est vrai que comme ça on comprend un peu mieux...Merci.
J'avais pensé à un raisonnement énergétique pour prédire la vitesse mais je n'y ais pas pensé du tout pour expliquer d'où vient la force qui l'expulse (en même temps je n'ai pas encore vu que E=0.5*B/mu0...ou alors je ne m'en rappel plus :s).
Merci pour la piste !

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Re

Je corrige
En fait 1/2*B²/mu0 c'est plutôt la densité d'énergie magnétique (qu'il faudrait intégrer au volume pour avoir l'énergie de la bobine), l'énergie de la bobine est 1/2*L*i².
L'idée est là.

PS : C'est la même chose pour les aimants

Au revoir

[invitee82d5985]

Re

Ok...donc j'attend d'avoir le cours d'électromag de cette année, parce que la ça me dit rien du tout x).
Mais je vais essayer de commencer l'expérience cette semaine...

au revoir

ps : si d'autres gens veulent aussi intervenir dans la discussion, ils sont les bienvenue ! Merci

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