Machine à vapeur
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Version du 19 janvier 2012 à 15:49
Sommaire |
Présentation de l'expérience
Comment transformer un mouvement de rotation en électricité? Comment à partir d'une source de chaleur peut-on faire de l'électricité?
Matériel
-
Un bâton
-
Une canette
-
Une boite de pellicule photo
-
Un bouchon en liège
-
Du fil électrique
- Fichier:MoteurElectrique.jpg Un moteur électrique
-
Une Diode électro luminescente
L'expérience
La manipulation
- Tout d'abord mettez de l'eau à bouillir dans une cocotte minute.
- N'oubliez pas de bien serrer le couvercle de la cocotte.
- Pendant que l'eau chauffe, découpez dans la canette quatre rectangles de taille identique.
- Ensuite à l'aide d'un cutteur réalisez dans le sens de la longueur quatre entailles à égale distance les unes des autres.
- Percez avec une chignole un trou centrale à l'une des extrémités du bouchon. Ce trou nous permettra d'emmancher l'arbre du moteur.
- Réutilisez la chignole pour percer quatre autres trous centré entre les rainures du bouchon.
- Dans ces trous, enfoncez quatres tiges de bois, inserrez les lames métallique (découpé dans la canette) dans chacune des rainures du bouchon, puis enfilez les bâtons de bois dans chaque lame.
Vous voila en possession de votre nouvelle hélice radiale yooohoooo!
- Le moteur électrique que vous allez choisir devra être connecté à une diode. Attention: la diode n'a qu'un seul sens de branchement!
- Mécanisme d'émissions d'une diode électroluminescente sur Wikipédia
Que voit-on ?
La vapeur sous pression s'échappe de la cocotte par l'orifice du sifflet, elle entraine l'hélice en rotation qui elle même entraine l'arbre moteur. Le moteur fonctionne comme une génératrice qui produit de l'électricité, allumant la diode.
Explications
De manière simple
- L'eau en bouillant ce transforme en vapeur. la vapeur tenant de plus en plus de place dans la cocotte est de plus en plus compressé et va chercher par tous les moyens à s'échapper. En ouvrant la soupape du couvercle on libère la vapeur qui dans son élan va pousser les pales de l'hélice.
- L'hélice poussée par la vapeur va tourner et entrainer l'arbre moteur, qui va a créer de l'électricité pour allumer l'ampoule.
Questions sans réponses
Si on remplace la vapeur par une chute d'eau, est ce que ça marche toujours?
Allons plus loin dans l'explication
- Dans la cocotte, l'eau en chauffant passe d'un état liquide à un état gazeux et occupe plus de volume qu'à l'état liquide. A l'état gazeux l'eau est compressible à l'instar de son état liquide.
- Fluide incompressible sur Wikipédia
- L'eau à l'état gazeux est compressée dans la cocotte ,car elle occupe plus de volume. La pression devient plus importante à l'intérieur qu'à l'extérieur de la cocotte. Au moment où l'on ouvre la soupape de la cocotte on crée une dépression, la pression à l'intérieur tend à s'équilibrer avec la pression extérieur. Mais comme le volume d'air qui nous entoure est beaucoup plus important que le volume dans la cocotte, on considère que l'intérieur revient à la pression atmosphérique au bout d'un certain temps.
Mais revenons à nos moutons, lorsque l'on ouvre la soupape les fluides rentrent en mouvement pour que la pression s'équilibre. Ce mouvement de fluide(la vapeur d'eau qui sort de la cocotte) allant en contact avec la pale va créer une pression de surface sur la pale. Cette pale va indirectement transmettre les efforts à l'arbre moteur qu'elle va entrer en rotation.
- Que se passe t-il dans un moteur électrique à courant continue (à aimant permanent)?
Le moteur à courant continue se compose d'un aimant permanent, le stator (c'est la partie fixe, statique du moteur). Ce stator avec ses deux pôles entoure une partie mobile, l'arbre moteur aussi appelé le rotor (c'est la partie qui est en rotation). Ce rotor est composé de plusieurs bobinages. - Machine à courant continu sur Wikipédia.
- les aimants créent un champs magnétique dans les bobines, qui lorsqu'elles sont en rotation provoque un déplacement d'électrons libres dans le fil (de l'électricité).
- Le courant électrique sur Wikipédia
- Pour mettre en évidence la création d'un courant, on ajoute une diode à la sortie du moteur.
Liens avec d'autres expériences
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Et oui il n'y a pas que les machines qui font de l'électricité !
Les moteurs
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Et pourquoi pas fabriquer une machine à vapeur plus imposante ?
- Moteurs à vapeur Bi-cylindre : plans et explications
Applications : liens avec le quotidien
Cette expérience met en oeuvre le principe de base de toute centrale thermique, qu'elle utilise le nucléaire, du charbon ou des déchets ménagé pour chauffer l'eau. On a toujours à faire à de la vapeurs d'eau qui entraine une dynamos, qui elle même produit de l'électricité.
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