Ndamira Nzabanita

AESS PHYSIQUE


Septembre 2009

ndamira montage dipole condensateur

PROPRIETES DES SELFS


Description

Soit une bobine  sans noyau, comptant "N" spires, de longueur "l", dans laquelle l'intensité de courant est "I". Le flux à travers la bobine est proportionnel à I, avec L (inductance) comme facteur de proportionnalité.
Nous nous contenterons de l'approximation de la bobine de longueur infinie, c'est-à-dire, que nous négligeons les  effets de bords; pour les dimensions choisies, la précision est d'ailleurs excellente.

    L est:
  • proportionnel au carré du nombre des spires de la bobine,
  • proportionnel à la surface des spires,
  • inversement proportionnel à la longueur de la bobine.
Le facteur de proportionnalité est la "permittivité" de l'air ou du noyau. L'inductance est donc un facteur qui ne dépend que des caractéristiques de la bobine. L'expérience consiste à mesurer les inductances des bobines et des assossiations des bobines et d'en déduire d'éventuelles propriétés.

Les composants dont nous avons mesuré l'inductance sont:
  • deux bobines, respctivement de 50 et 100 spires, que nous avons enroulés sur un tube en plastique (tube d'installation électrique). Nous avons utilisé du fil "de bobinage" :  cuivre émaillé et de 0,6mm2 de section (cette section n'intervient pas directement dans la valeur de L).
  • Un tore en ferite, récuperé d'une alimentation d'ordinateur, sur lequel sont  enroulées deux bobines de même nombre de spires.

Pourquoi?

Cette expérience peut être utilisée pour mettre en évidence les propriétés des bobines en électromagnétisme. Elle est aussi intéressante pour illustrer la résonance en courant alternatif.

Appareillage requis

  • un set de résistances;
  • un set de condesateurs;
  • les bobines à mesurer (voir photos en haut de page);
  • des fils conducteurs de connexion;
  • un générateur de fonction (générateur basse fréquence sinusoïdal);
  • un oscilloscope;
  • un multimètre.

Quelques astuces

Les mesures ont été faites sur base des conditions de résonance du circuit RLC série. Pour obtenir des résultats nets et rapidement, il est intéressant de calculer L par la relation (1) ci-dessous et faire un bon choix du condensateur afin d'obtenir une fréquence de résonance "confortable" pour l'observation, R servant seulement à limiter les courants.

Fonctionnement

Après avoir réalisé un circuit RLC série (voir photo) aux bornes d'un générateur de fonction; on génère un signal d'environ 4Volts.

Avec un oscilloscope double entrée, on visualise le signal à la sortie du générateur de fonction et de la résistance. En modifiant la fréquence du signal; pour une valeur précise de f, le signal à la sortie de la résistance passe par un maximum. C'est la fréquence de résonance f; donnée par la relation: L = 1/(4Π²f²C) (1).

Interprétation

Dans toutes les situations nous avons réalisé la résonance avec des dipôles connues à l'avance sauf L qui a été calculé par la rélation (1).

- Bobine de N = 50 spires à air: circuit R = 100 Ω – L – C = 4,7 nF. Résonance à 450 KHz ; L = 0,027 mH

- Bobine de N = 100 spires à air: circuit R = 100 Ω – L – C = 4,7 nF.
Résonance à 300 KHz ; L = 0,060 mH

- Chaque bobine sur le tore en ferite: circuit R = 100 Ω – L – C = 470 nF.
Résonance à 4,8 KHz ; L = 2,44 mH

- Les 2 bobines sur le tore en série et même sens de bobinage: circuit R = 100 Ω – L – C = 4,7 nF.
Résonance à 2,4 KHz ; L = 9,36 mH
Nous n'avons pas le résultat de deux selfs qui sont en série qui serait:
Léq=L1+L2 = 2,44 mH + 2,44 mH = 4,88 mH
Les deux bobines sont en fait considérés comme étant en continuité sur le tore et donc comme une même bobine avec pour nombre des spires 2N.

L étant proportionnel à N² si N double alors L est mutiplié par 4. C'est qui est le cas au vue des résultats experimentaux ci-haut L = 2,44 mH et L = 9,36 mH.
Les résutats seraient similaires si on réalise une superposition de deux bobines sur un même support.

- Les 2 bobines sur le tore en série et sens opposés de bobinage: circuit R = 100 Ω – L – C = 4,7 nF.
Résonance à 390 KHz ; L = 0,35 mH
Nous n'avons pas le résultat de deux selfs qui sont en série qui serait:
Léq=L1+L2 = 2,44 mH + 2,44 mH = 4,88 mH

Les deux bobines sont en fait considérés comme étant en continuité sur le tore mais cette fois, du fait des courants opposés, les nombres de spires se soustraient, donnant un résultat proche de zéro, comme attendu.

Résultats

Nous avons aussi fait la mesure directe de L avec un multimètre et les résultats sont similaires que par résonance. Particulièrement une vérification à été réalisée en effectuant le calcul de L par sa relation: produit de la perméabilité du vide (de l'air), du carré du nombre des spires et de l'aire de la bobine par la longueur de celle-ci et avons eu des résutats satisfaisants pour les deux bobines de 50 et 100 spires.
L50 = 0,030mH et L100 = 0,059mH .

Ajoutons que l'on peut aussi travailler par comparaison à fréquence donnée entre l'impédance de la self et celle d'une simple résistance mise en série, on vérifie ainsi la dépendance en 2 Π L f  de l'impédance de la self en variant la valeur de f.