TPE Maths/Physique

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TPE Maths/Physique

Message par TexDeath le Lun 5 Oct - 15:25

Salut à tous,
Je suis ici parce que je suis en première S et que par conséquent, je dois bosser sur un TPE.
Résumons la situation : nous sommes quatre dans le groupe ; on traitera des maths et de la physique/chimie.

Alors en fait, on a déjà une idée de sujet qui a été approuvée et tout et tout par les profs. Notre idée la voici : Nous allons réaliser plusieurs expériences, avec pour but de les faire s'enchaîner sans interventions humaines. OU dit autrement : on lance la première puis toutes les autres s'enchaînent. On pourrait appeler ça des "événements en chaîne", ou un truc du genre.
Quoi qu'il en soit, nous avons parler avec les profs, qui, même si nous n'avons pas de problèmatique au sens premmier du terme, nous encouragent.

Nous avons déjà quelques pistes que nous allons creuser, mais il nous en manque encore, par exemple si les premières venaient à echouer (C'est là que vous intervenez. Rien qu'un tout petit peu, promis.).

Voici donc nos projets :

On fabriquerait une solution d'ions cuivre Cu2+ (j'me goure pas ?) de concentration C à définir, telle qu'elle bloque le laser d'une diode (jusque là je suis clair ?). Le truc, ce serait de faire arriver du zinc dans cette solution (le must serait que ce zinc soit le produit d'une réaction) afin de décolorer la solution (couple oxydant-réducteur). Tout ça pour faire que le laser passe à travers de la solution.
Evidemment, il nous faut faire des calculs et des expériences pour voir si cela est possible, et si oui, en quelle quantité les différents réactifs doivent être présents...

Ensuite, le laser viendrait frapper un photorésistance placée dans un montage amplificateur inverseur, ensuite le courant amplifié ressortirait dans une bobine de cuivre, générant un champ magnétique qui ferait avancé (enfin qui repoussserait) un aimant placé dans un petit chariot.
Là encore, plein de calculs et d'expérience en perspective.

Le chariot heurterait par exemple une planche qui basculerait, entraînant d'autres choses... Enin des calculs de force et peut-être un peu de mécanique.

Voilà, pour l'instant on en est là. On doit creusé mais je pense - et j'espère ! - que ça peut donner quelque chose de pas mal.

J'en viens donc à l'objet de ce sujet : si vous avez des idées d'expériences, des conseils, des critiques (qu'elles soient positives ou négatives !) ou autres, n'hésitez pas à m'en (nous) faire part !

Merci d'avance !
TexDeath

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Mar 6 Oct - 10:17

Bonjour,
Excellente idée que cet enchaînement d'évènements physiques et chimiques!
Quelques remarques sur ton exposé:
- si tu veux que le laser émis par la diode laser soit absorbé (pas bloqué..) par une solution de Cu2+ , il faut que sa longueur d'onde corresponde à la longueur d'onde d'absorption du sulfate de cuivre! Or tu sais sans doute que tu as très peu de choix de longueurs d'onde avec les diodes laser courantes. C'est un point à étudier...
- de même pour la photorésistance: il faut qu'elle compatible avec ta diode laser. A ta place, j'utiliserais plutôt un phototransistor.

D'un point de vue général, tu indiques que ton TPE doit porter sur les maths et la PC. Dans ton exposé, je vois de la PC mais pas de maths.... Comment comptes-tu les introduire? Quels objets ou méthodes du programme de 1S comptes-tu mettre en avant?

L'idée d'un couplage phénomène chimique/ action mécanique est excellente! Tu pourras trouver des idées en cherchant sur le net des articles sur la colorimétrie, qui t'en diront plus sur l'absorption de la lumière par les solutions chimiques colorées ou non.

pourquoi ne pas imaginer un système de dosage redox automatique, basé justement sur l'évolution de l'absorption de la lumière? ça existe déjà, mais la manip peut être sympa...

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Re: TPE Maths/Physique

Message par TexDeath le Jeu 26 Nov - 13:02

Re-bonjour ! Désolé de ne pas être revenu plus tôt mais avec mon emploi du temps qui est quelque peu chargé, ça m'est sorti de l'esprit !
Alors voilà où on en est :
- La première expérience sera plutôt mécanique. A l'aide de mécano, et de moteur on va construire quelque chose (le schéma est fait, ça marche en théorie !), une bille tombe, tralala boum boum bling paf BOUM ! Et tout ça pour faire tomber le zinc en poudre dans la solution de Cu2+.
- Ensuite on a le laser qui ne passe pas dans la solution bleue, puis qui passe lorsqu'elle se décolore (ça c'est fait et ça marche !), arrive sur une photo résistance qui est dans un montage amplificateur suivi d'un suiveur puis de la bobine de cuivre pour créer le champ magnétique qui poussera le chariot etc.
Sauf que là ! Çà marche pas ! On a essayé mais l'AO fait un truc genre saturation ou je sais pas trop quoi (notre prof de physique n'était pas très au point non plus -_-'). Bref, il faut changer. Donc, après avoir parler à ses collègues, elles nous a dit de faire des recherches sur un transistor. Faire suivre l'AO d'un transistor (dans un montage amplificateur de puissance ?) nous permettrait de faire fonctionner le tout. Donc là je cherche sur Internet depuis 20 minutes, et je ne trouve rien de compréhensible où d'interessant !
Je vous appelle donc à l'aide ! Parce que si on arrive à créer le champ magnétique, tout roule ensuite ! il y a juste ça qui cloche !
A l'aide !!!!!!!!!!!

Merci !
TexDeath

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Re: TPE Maths/Physique

Message par BenJ le Jeu 26 Nov - 14:06

Bonjour,

J'ai pas forcément bien saisi quelle était votre montage avec AO et où se trouvait la photorésistance dans ce circuit. Peux-tu nous montrer le schéma complet avec AO ?

Tu peux faire un montage à base uniquement de transistor aussi. Ca sera peut-être mieux même. Mais en toute logique tu n'as pas besoin et d'un AO et d'un transistor.

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Jeu 26 Nov - 21:47

C'est sur! J'ai l'impression qu'il s'agit d'utiliser la photo-résistance comme un interrupteur pour commander l'alimentation de la bobine.
Alors, un bête montage dans lequel ta photo-résistance polarise correctement la base d'un transistor de puissance, et sur lequel tu mets ta bobine dans le collecteur, devrait le faire! Tu utilises le transistor comme interrupteur commandé par la photo-résistance. Mes souvenirs d'électronique sont très lointains, qu'en penses-tu BenJ?

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Re: TPE Maths/Physique

Message par BenJ le Jeu 26 Nov - 22:26

Quelque chose comme ça devrait très bien fonctionner. On peut zapper le comparateur si on n'a pas besoin que l'apparition du courant dans la bobine soit brutale.

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Re: TPE Maths/Physique

Message par TexDeath le Jeu 3 Déc - 14:02


Bonjour, votre montage était un peu compliqué pour nous et nous ne disposions pas du matériel nécessaire alors nous avons cherché sur internet un autre montage amplificateur avec un transistor. Cependant il y a un problème, après le transistor nous n'arrivons pas à amplifier le courant: nous obtenons un courant non amplifié à la sortie du transistor. La valeur du transistor n'est qu'un test car nous n'avons pas encore vérifié le matériel disponible, pouvez vous nous dire quelles valeurs de transistor prendre et ce qui ne va pas dans notre montage?
Merci de votre réponse.

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Jeu 3 Déc - 14:11

Bonjour,
Avec quelle intensité de courant, sous quelle tension, veux-tu alimenter ta bobine?

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Re: TPE Maths/Physique

Message par BenJ le Jeu 3 Déc - 16:13

Bonjour,

Je n'ai pas beaucoup de temps tout de suite, et je pourrais te répondre plus en détails ce soir, mais dès le début, tu as un problème. Tu attaques l'AO sur la même entrée où tu fais la rétroaction. C'est bancale. Tu vas avoir un état initial peu sûr (i prendra la valeur qu'il doit prendre, de même que V+), et si tu as de la chance (c'est à dire si Vs=-Vsat), tu changeras d'état une seule fois, quand Rth passera sous les 270 Ohm. Et une fois dans cet état, tu y es coincé ad vitam eternam. Si la lumière baisse, tu resteras bloqué. Peut-être est-ce le comportement que tu souhaites.

Pour plus de détails, tu as i=(E-Vs)/(R4k+Rph) et V+=(R4k*E+Rph*Vs)/(R4k+Rph). Tu vois déjà la problème, V+ dépend de Vs, donc tu veux comparer une tension qui contient déjà la sortie.

Ton seuil de basculement est pour Rph=R4k*E/Vs=270 Ohm en gros. En départ, tu es dans le noir, Rph est plus grand que 270 Ohm.

Ton deuxième étage a encore moins de sens. J'imagine que tu as inversé l'entrée + et - de ton AO et que tu voulais faire un suiveur. Mais à quoi te sert ton suiveur ? Tu as déjà une sortie d'AO juste avant, en + ou - Vsat...

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Jeu 3 Déc - 16:36

Pour tout dire je ne comprends l'intérêt d'utiliser un ampli op ici.... Un simple transistor de puissance utilisé en commutation suffit, à mon avis. Encore faut-il le dimensionner correctement, d'où ma question....

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Jeu 3 Déc - 16:37

d'autre part, je me méfierais grandement d'une charge inductive d'un Henry dans le collecteur!

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Jeu 3 Déc - 16:41


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Re: TPE Maths/Physique

Message par BenJ le Jeu 3 Déc - 17:46

Je suis bien d'accord avec toi Domi. On peut faire la chose de manière très simple. J'ai juste continué sur l'ampli op parce que c'est au programme de TS alors que le transistor, non (sauf si il fait SI au lieu de SVT).

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Re: TPE Maths/Physique

Message par TexDeath le Jeu 3 Déc - 18:56

Bonjour, je ré-explique tout:
l'expérience se passera dans le noir, un laser éclaire la photo résistance faisant baisser la résistance de celle-ci à 100 Ohms(400 ohm est la valeur minimale pour la photo-résistance sur Crocodile Physics. J'ai un générateur à tension variable à 1V et à 25mA. Je souhaiterais que l'intensité du courant soit de 0,3 à 0,5 Ampères pour que le courant puisse créer un champ magnétique suffisant dans la bobine et ainsi pousser un chariot avec un aimant dessus. Quand aux valeurs du transistor et de la bobine, ne vous y fiez pas c'est parce que je n'ai pas eu le temps de faire les mesures(pour la bobine) et pour le transistor je ne l'ai pas encore utilisé dans mon montage, je l'ai testé qu'en simulation donc ça dépendra du matériel disponible dans le labo. Quant au montage suiveur, en effet c'est une erreur de ma part il ne sert strictement à rien.
PS: le but de mon TPE est d'utiliser des éléments vus au lycée et ça serait encore mieux que ça soit au programme de 1ère.
D'ailleurs ma problématique est: Comment réaliser une chaîne d'évènements physiques et chimiques avec les connaissances du lycée?

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Jeu 3 Déc - 21:28

Au programme de 1S! ça exclue l'emploi d'AOP et même de transistor...
Avant de penser au montage électronique, as-tu calculé le champ magnétique nécessaire pour propulser ton chariot (quelle est la masse de ce dernier? Peut on pratiquement négliger les frottements?). ça c'est du programme de 1S.
Ensuite, tu pourras calculer les caratéristiques de ta bobine : nb de spires, courant, sachant que l'intensité du courant doit être compatible avec le montage que tu envisages! Si tu obtiens 10 A, tu vas avoir un souci! Toujours du programme de 1S.
Il y a un truc que je comprends pas: tu dis avoir un géné qui délivre 25 mA sous 1 v (c'est peu! Et pour tout dire assez curieux, même improbable! J'ai du mal comprendre...) et tu espères un courant de 500 mA: comment comptes-tu procéder?

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Re: TPE Maths/Physique

Message par TexDeath le Jeu 3 Déc - 22:54

Bonsoir, l'AO c'est au programme de seconde en MPI, je l'ai fait l'année dernière. De plus, je ne vous en voudrais pas d'utiliser des composants hors programme: le fait que ça soit des composants ou des mécanismes vus en 1ères est un plus et non une restriction! Ensuite, je peux en effet calculer le nombre de spires de la bobine jeudi prochain mais pour l'instant je n'ai pas accès au labo avant jeudi prochain donc je ne peux pas préciser les valeurs. Pour le champ magnétique c'est un peu la galère parce que le teslamètre indique des valeurs négatives et incohérentes donc je vais essayer de me débrouiller pour en trouver un correct(et oui quand on est pas dans un grand lycée parisien on a aussi la contrainte du matos défectueux Razz), tout ce que je sais c'est à partir de 0,3A que l'aimant est repoussé par la bobine.
Ensuite pour le générateur en effet j'ai dis un peu n'importe quoi, 25mA c'est le courant obtenu à la sortie de l'AO lorsque je branche la bobine, je n'ai encore une fois pas le matériel devant moi donc je ne peux pas vous avancer mais je crois que ceux qu'on au lycée sont de l'ordre de 125mA.
.

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Re: TPE Maths/Physique

Message par domi le Ven 4 Déc - 10:42

Bonjour,
Personnellement, je ne procéderais pas de cette manière si j'avais ce TPE à produire...
Le principe d'une expérience en physique, c'est d'abord d'en établir le modèle théorique pour en dimensionner les éléments, en précisant bien les lois sur lesquelles on s'appuit. Puis ensuite, on construit le dispositif expérimental, selon les valeurs calculées, avec les ajustements nécessaires, car de la théorie à la pratique il y a souvent quelques aléas...
Dans le cas que tu exposes, je commencerais à calculer la force nécessaire pour mouvoir le chariot à partir de sa masse et des frottements.
Puis je calculerais le champ magnétique nécessaire pour induire cette force. A partir de cette donnée, je calculerais les caractéristiques de la bobine, qui peuvent aussi être contraintes par des données du genre courant max disponible.
Et enfin, je me préoccuperais du montage expérimental, c'est à dire réaliser la bobine et son électronique de commande.
C'est la démarche classique dans les labos de physique expérimentale. Pour ma part, je m'arrête aux calculs car ensuite je programme plutôt que de manier le fer à souder, mais je l'ai fait aussi!
Bref, je n'ai pas vraiment l'impression que tu travailles comme ça. Pour quelle raison?

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