Soutenance mémoire
Depuis l’antiquité, les phénomènes magnétiques et électriques étaient déjà perçus et étudiés par l’homme. Ils se manifestaient par l’attraction à distance d’un corps par un autre, comme la magnétite qui attire le fer, les morceaux d’ambre frottés et les corps légers. A cette époque, les connaissances scientifiques n’étaient pas encore en mesure de donner une explication rationnelle, complète et distinctive de ces deux phénomènes. L’année 1820, [6], le physicien Hans Christian Œrsted constatait lors de son expérimentation qu’un fil parcouru par un courant faisait dévier une aiguille aimantée et placée dans son voisinage. Plus tard, cette expérience inspirait les physiciens André Marie Ampère et Mickael Faraday dans leurs travaux de recherche qu’ils publiaient après des années sous forme de lois qui relient les phénomènes magnétiques et électriques, [6]. Mais plus tard, plus exactement en 1864, avec l’aide de deux grands physiciens, James Clark Maxwell établissait des lois dites équations de Maxwell qui expliquaient rigoureusement et de manière théorique les phénomènes électromagnétiques .
TRANSFORMATEUR DE TESLA
Historique
En 1893, durant l’exposition organisée par des scientifiques à Chicago, Nikola Tesla exposa au public son invention appelée bobine de Tesla. C’était un générateur spécial de haute fréquence, capable de transmettre le courant sans fil. Effectivement, cette bobine pouvait fournir un courant alternatif avec une tension élevée mais d’intensité faible. Ainsi, avec sa bobine, Tesla a généré des éclairs de plus de 40 mètres ayant pu alimenter des matériels électriques à distance .
Description
La bobine de Tesla est un appareil électrique fonctionnant sous un courant alternatif de haute tension et de fréquence élevée. Cet appareil est composé de trois blocs de circuit qui sont l’alimentation, le circuit primaire et le circuit secondaire. Il génère une tension très élevée dans la bobine secondaire et un intense champ électromagnétique dans son voisinage .
ELECTROMAGNETISME ET SES LOIS FONDAMENTALES
Définition
L’électromagnétisme est la branche de la physique qui a pour objet d’étudier les interactions entre les charges électriques pouvant être immobiles ou en mouvement et l’interaction de ces charges avec leur environnement .
Champs électromagnétiques en régime variable
Les caractéristiques du vecteur champ électrique E et du vecteur champ magnétique B sont englobées dans les quatre équations de Maxwell qui expriment l’interdépendance entre ces champs magnétique et électrique, surtout lorsqu’ils varient avec le temps. Ainsi, selon la source, la variation de l’un engendre celle de l’autre et vice versa .
PROPRIETES ELECTRIQUES DE L’AIR
Rigidité diélectrique de l’air
L’air est un milieu isolant mais sous un seuil de potentiel, il s’ionise pour devenir conducteur. La rigidité diélectrique de l’air est alors la valeur maximale du champ électrique qu’il peut supporter avant la formation d’un arc électrique .
Formation d’un arc électrique dans l’air
Soumis à un fort champ électrique, plus précisément autour de 30000V/cm, [11], l’air s’ionise et laisse passer le courant électrique. A ce stade, l’air est à l’état de plasma, qui est caractérisé par la formation d’un arc électrique. En même temps l’ozone (O3) dont l’odeur est similaire celle du brulé se forme .
INTERPRETATION
Interprétation des trois courbes
Variation de la charge du condensateur
Initialement, le condensateur est chargé tel que q0 = 3,317× 10⁻⁴C. Lorsque l’éclateur est fermé, le condensateur se décharge, en suivant un régime oscillant amorti à haute fréquence. Cet amortissement est observable sur la courbe et nous constatons cet amortissement à travers l’amplitude de la charge qui diminue dans le temps et qui tend ainsi vers la valeur nulle.
Variation de l’intensité du courant dans le circuit primaire
A l’instant t = 0s, aucun courant ne circule dans le circuit primaire. Mais une fois que le condensateur se décharge, un courant oscillant de forte intensité y circule. L’amplitude de cette intensité passe par sa valeur maximale de 320A pour diminuer progressivement en prenant la valeur 0A au bout d’un intervalle de temps de 4.10⁻⁵s.
Variation de la tension aux bornes du condensateur
Le condensateur est chargé par l’alimentation avec une tension maximale de 2400V. Lorsque l’éclateur s’amorce, le circuit primaire est considéré comme un circuit fermé. Lors de la décharge, la différence de potentiel aux bornes du condensateur diminue progressivement et tend vers 0V.
Interprétation des résultats expérimentaux
Lors de la décharge du condensateur, un régime oscillant amorti, à haute fréquence de valeur 182,32khz, s’établit dans le circuit primaire. Le courant qui y circule oscille à la fréquence imposée par le circuit, dont l’amplitude maximale peut atteindre la valeur de320A. Notre domaine d’étude se situe alors dans le domaine de régime variable à haute fréquence. Le passage du courant dans la bobine primaire va engendrer un fort champ magnétique oscillant dans ses intérieur et voisinage. Ce champ magnétique va créer à son tour un champ électrique oscillant. Ces deux phénomènes sont décrits par l’équation de Maxwell Ampère exprimée par la relation .
La bobine primaire étant couplée avec celle du secondaire et sous l’action du champ magnétique qui s’est produit, il y a une variation de flux magnétique à l’intérieur de la bobine secondaire. Selon la loi de Faraday exprimée par la relation, une force électromotrice est induite dans cette bobine.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I : ETUDE GENERALE
I-1 TRANSFORMATEUR DE TESLA
I-1-1 Historique
I-1-2 Description
I-2ELECTROMAGNETISME ET SES LOIS FONDAMENTALES
I-2-1 Définition
I-2-2 Champ électromagnétique en régime variable
I-2-2-1Équation de Maxwell Thomson
I-2-2-2 Équation de Maxwell Gauss
I-2-2-3 Équation de Maxwell Faraday
I-2-2-4 Équation de Maxwell Ampère
I-3ONDES ELECTROMAGNETIQUES
I-3-1 Description
I-3-2 Équations aux dérivées partielles relatives aux propagations du champ électrique et du champ magnétique 7
I-3-3 Onde plane progressive sinusoïdale dans le vide
I-4PROPRIETES ELECTRIQUES DE L’AIR
I-4-1 Rigidité diélectrique de l’air
I-4-2 Formation d’un arc électrique dans l’air
I-5CIRCUIT RLC ET SES ELEMENTS CONSTITUTIFS
I-5-1 Description
I-5-2Oscillation libre dans un circuit RLC série
I-5-3 Charge et décharge du condensateur
I-5-4 Décrément logarithmique dans un circuit RLC série
I-5-4-1 Définition
I-5-4-2 Expression du décrément logarithmique δ
I-6BOBINE A SPIRES JOINTIVES ET SES CARACTERISTIQUES
I-6-1 Définition
I-6-2 Caractéristiques d’une bobineà spires jointives
I-6-3 Inductance d’une bobine à spires jointives
ChapitreII : METHODOLOGIE D’ANALYSE
II-1 BOBINE DE TESLA ETUDIEE
II-2 MATERIELS D’ETUDE
II-2-1 Eléments constitutifs du générateur de Tesla
II-2-1-1 Alimentation
II-2-1-1-1Transformateur àhaute tension
II-2-1-1-2Autotransformateur
II-1-1-3 Diodes redresseuses
II-2-1-2 Circuit primaire
II-2-1-2-1 Condensateurs
II-2-1-2-2 Bobine primaire
II-2-1-2-3 Éclateur
II-2-1-3 Circuit secondaire
II-2-1-3-1Bobine secondaire
II-2-1-3-2 Électrode terminale
II-2-2 Instruments de mesure
II-2-2-1 Multimètre numérique
II-2-2-2 Oscilloscope cathodique bicourbe
II-3 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT ET DETERMINATION DES GRANDEURS PHYSIQUE ASSOCIEES
II-3-1 Alimentation
II-3-2 Circuit primaire
II-3-2-1 Circuit primaire ouvert
II-3-2-1-1Charge maximale ?0du condensateur
II-3-2-2 Circuit primaire fermé
II-3-2-2-1Fréquence de résonance du circuit
II-3-2-2-2Inductance propre de la bobine primaire
II-3-2-2-3Résistance critique et résistance réelle du circuit primaire
II-3-2-2-4 Expressions de la charge instantanée du condensateur, la tension à ses bornes et l’intensité du courant qui circule dans le circuit primaire
Chapitre III : PRESENTATIONDES RESULTATSD’ETUDE, INTERPRETATION ETDISCUSSIONS
III-1PRESENTATION DES RESULTATSD’ETUDE
III-1-1 Résultats théoriques
III-1-1-1 Graphes des grandeurs physiques liées au circuit primaire
III-1-1-1-1Variation de la charge en fonction du temps
III-1-1-1-2 Variation de l’intensité du courant dans le circuit primaire
III-1-1-1-3Variation de la tension aux bornes du condensateur en fonction du temps
III-2 RESULTATS EXPERIMENTAUX
III-2-1 Allumage à distance de deux lampes à néon
III-2-2 Formation d’une étincelle sur la surface de l’électrode terminale
III-3INTERPRETATION
III-3-1 Interprétation des trois courbes
III-3-1-1 Courbe de la figure 26
III-3-1-2 Courbe de la figure 27
III-3-1-3 Courbe de la figure28
III-3-2 Interprétation des résultats expérimentaux
III-4DISCUSSIONS
III-4-1 Réalisation de la bobine de Tesla
III-4-2 Résultats théoriques et expérimentaux
III-4-3 Confrontation de notre travail avec d’autres déjà faits
CONCLUSION
REFERENCES
