Expérience TPE Accélérateur de particules

[invite8c05ed12]

Bonjour à tous ,

Je suis donc en première S et cette année c'est les TPE ! Comme la physique des particules m’intéresse beaucoup j'ai décidé de choisir comme sujet les accélérateurs de particules seulement je voulais comme expérience créer un accélérateur simple avec une bille en métal qui symboliserait une particule, je vous explique mon expérience, en faite je met une bille en métal à l’intérieur d'un tuyau ( d'arrosage par exemple ) transparent, je dispose autour de ce tuyau 4 bobine de cuivre équidistants les uns des autres, je les relies à un bouton poussoir lui même relié à une batterie ( de Quad dans mon cas) ainsi en activant avec le bouton poussoir j'attire la bille qui sera entraîné vers la seconde bobine et ainsi de suite pour accélérer la bille, c'est un projet un peu ambitieux mais j'aime ça ! Seulement je ne sais pas comment déterminer le nombre de tours de bobine de cuivre que je dois faire, soit je le fait au feeling en testant avec tel nombre si la bille est attirée ou non ou en prenant une bille plus petite ou si je peux calculer en fonction de la bille le nombre de tours de bobine de cuivre que je devrai faire si c'est cela comment puis je faire pour calculer ça ? Et quelles forces s'appliquent à la bille dans le cas de mon expérience ?

Merci d'avance !
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[Antoane]

Bonjour,
Le nombre de tour de bobine n'est pas directement important. Ce qui compte, c'est la masse de cuivre que tu vas mettre : ou bien tu fais énormément de spires, avec un fil de faible diamètre (ta bobine s'alimentera alors sous un faible courant mais une plus forte tension car la résistance interne de la bobine est élevée), ou bien tu fais quelques spires (beaucoup de courant, faible tension).
Cependant, le nombre de tour va quand même influencer l'inductance de la bobine, et donc le temps que va mettre le courant pour passer de 0A à E/R (E la tension d'alim et R la résistance interne de la bobine).

Je dirai qu'ici, qq centaines de spires feront l'affaire.

la commande par bouton poussoir devrait fonctionner, mais se sera pas facile de les commander au bon moment. L'idéal sera ensuite d'automatiser la commande

[invite8c05ed12]

Merci pour l'explication, j'en prend note ! Oui en effet la coordination sera dur pour les boutons poussoirs mais l'ami de ma mère étant électricien nous comptons bien essayer d'automatiser tous ça par la suite le problème étant que l'intervalle de temps entre l'activation d'un poussoir à l'autre se réduira en fonction de la vitesse de la bille, c'est ça qui complique un peu l'automatisation.

Quand tu dis quelques centaine de spires, tu parles pour les 4 bobines situées à divers endroit du tuyau ou pour toute les spires ?

[Antoane]

Ca complique l'automatisation... mais ça rend non-viable la solution par bouton poussoir, qui ne peut servir qu'à démontrer le bon fonctionnement de l'idée générale du système (mais c'est déjà un bon début ).
C'est qq centaines de spires... par bobine.
AMHA, tu devrais utiliser un tube transparent, de manière à pouvoir filmer par webcam ta bille, puis tracer à l'aide d'un PC sa vitesse en fonction de sa progression dans le tube.


"Il ne faut jamais désespérer d'un imbécile : avec un peu d'entrainement, on peut toujours en faire un militaire"

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite8c05ed12]

Ok merci, sinon pour en revenir à ma question du début comment puis-je faire pour calculer la force qu'exerce le champ magnétique sur la bille et en ayant les dimension de la bille et la grosseur du fil de cuivre pour calculer le nombre de tour par bobine pour que celle ci attire la bille ?

[interferences]

Bonjour

Voilà une question compliqué.
Sans rentrer dans les détails je trouve :

Ou:
est la perméabilité magnétique du vide, I l'intensité, R le rayon de la bobine, r le rayon de la sphère, L la longueur de la bobine
et z la distance de la bille par rapport à l'extrémité de la bobine.
j'ai peut être que fait des erreurs donc ne le prend pas pour argent comptant.
Mais ce n'est pas du niveau d'étude d'un première donc je te conseille de plutôt en parler avec ton professeur.

Au revoir

[Antoane]

Pour ma culture perso : t'as fait comment ?

"Quand il s'agit de tromperie de duperie de volerie, il est toujours bon, sur ma foi d'avoir des femmes avec soi" Tiré de Carmen

[invite8c05ed12]

En effet pas de mon niveau Mais merci pour ton aide je vais plutôt essayer de le faire au pifomètre enfin en essayant avec un certains nombre de tours de bobine puis je verrai, j'ai presque tout pour réaliser ça me manque plus que les boutons poussoir que j'aurais demain et une bobine de cuivre dès que je commence je vous tient au courant !

[interferences]

Re

Mon raisonnement n'est pas bon je vais essayer de le refaire.

Au revoir

[interferences]

Re

En fait c'est compliqué parce qu'il y a des équations aux dérivées partielles.

Au revoir

[invite8c05ed12]

Merci beaucoup mais ce n'est pas bien grave si tu n'y arrive pas , comme dis plus haut je vais le faire en essayant, si la bille n'est pas attiré et bien je rajouterai du fil et ainsi de suite ! Mercredi si j'ai le temps je tente l'expérience !

[interferences]

Re


Bon en négligeant es effets de bords on a :

Et:

Donc:

C'est pus simple et à peu prés juste.

Au revoir

[invite8c05ed12]

Merci, petit up pour vous dire ou j'en suis, j'ai bien avancé et le montage s'est révélé être un peu plus complexe que prévu, en effet j'ai du brancher un ampoule sur le circuit qui fait office de résistance histoire de ne pas faire fondre la bobine étant donné que j'ai pris une plus grosse batterie mais j'ai réussi le montage pour une bobine il ne me reste plus qu'à faire pareil avec les autres ! Peut être que 2 suffiront au final
Pour revenir au accélérateur en général je voulais savoir si quelqu'un savait exactement les différentes forces qui s'applique dans le LHC par exemple pour accélérer les particules ( J'ai failli dire la bille mais non ^^ ) et pour leurs donner une trajectoire circulaire, car quelqu'un m'a dit que mon montage ne représenté pas exactement un accélérateur car les forces qui s'y applique ne sont pas les même que dans un accélérateur et of course ce n'est pas un vrai accélérateur mais une représentation avec une bille, ne pouvant à mon niveau faire plus Si quelqu'un pourrait m'exposer les différentes forces qui s'applique dans un accélérateur et celle qui s'applique dans mon montage, de ce que je sais déjà dans un vrai accélérateur la particule acquière de l'énergie par la force de coulomb (f=qE) via un champ électrique alors que mon expérience est basé sur un champ magnétique attirant une bille c'est bien ça ?
Merci d'avance

[invite8c05ed12]

Merci, petit up pour vous dire ou j'en suis, j'ai bien avancé et le montage s'est révélé être un peu plus complexe que prévu, en effet j'ai du brancher un ampoule sur le circuit qui fait office de résistance histoire de ne pas faire fondre la bobine étant donné que j'ai pris une plus grosse batterie mais j'ai réussi le montage pour une bobine il ne me reste plus qu'à faire pareil avec les autres ! Peut être que 2 suffiront au final
Pour revenir au accélérateur en général je voulais savoir si quelqu'un savait exactement les différentes forces qui s'applique dans le LHC par exemple pour accélérer les particules ( J'ai failli dire la bille mais non ^^ ) et pour leurs donner une trajectoire circulaire, car quelqu'un m'a dit que mon montage ne représenté pas exactement un accélérateur car les forces qui s'y applique ne sont pas les même que dans un accélérateur et of course ce n'est pas un vrai accélérateur mais une représentation avec une bille, ne pouvant à mon niveau faire plus Si quelqu'un pourrait m'exposer les différentes forces qui s'applique dans un accélérateur et celle qui s'applique dans mon montage, de ce que je sais déjà dans un vrai accélérateur la particule acquière de l'énergie par la force de coulomb (f=qE) via un champ électrique alors que mon expérience est basé sur un champ magnétique attirant une bille c'est bien ça ?
Merci d'avance

[invite8c05ed12]

Désolé pour le doublon :S
Quelques photos de mon montage avec une seule bobine pour l'instant si ça vous dit ...