31/05/18 BalanceDuWatt 0 0
Définition du kilogramme par une balance Du Watt
Réalisation Margaux Khalil (École Estienne), Julien Bobroff et Frédéric Bouquet (Laboratoire de Physique des solides, Université Paris-Sud et CNRS). Toutes les informations et les autres projets sur opentp.fr
Niveau : Moyen
2 jours
La construction de cette balance de Watt permet de s'affranchir du kilogramme étalon et de mesurer une masse à 10% près
Principe physique
Une balance du Watt est composée de deux phases : une phase statique où on équilibre le poids par une force de Laplace créée par un courant circulant dans une bobine dans un champ magnétique. Et une phase dynamique après avoir enlevé la masse met la bobine en translation dans le champs magnétique, ce qui induit une force électromotrice, on a donc les deux équations :
\[ mg = BLI \]
et
\[ U= BLv \]
avec ces deux formules, on peut simplifier le facteur BL et obtenir :
\[ m = UI / gv \]
ce qui permet de définir une masse à partir de grandeurs définies, sans étalon.
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Oscilloscope
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Tige, plaque metalliques
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règle, rapporteur, équerre
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Moteur
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Bricolage général
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Hauts parleurs
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Fils électriques
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générateur de courant
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Matériel
Vous aurez aussi besoin d’une masse à mesurer
Montage de la phase statique
-Commencez par réaliser la phase statique : sur la membrane du haut-parleur scotchez un plateau et une aiguille qui dépasse un petit peu du haut-parleur.
-Repérez le zéro à l’aide d’une autre aiguille fixe, en dehors du haut parleur.
-Une fois ceci fait, placez une masse sur le plateau et ajustez l’intensité jusqu’à revenir à l’équilibre, notez la valeur de l’intensité.
Quelles sont les facteurs d’incertitude de cette mesure ?
Comment réduire ces facteurs ?
Montage de la phase dynamique
-Pour monter la phase dynamique, fixez une barre au haut-parleur, elle servira de fléau. Loin du haut parleur (environ 40cm) utilisez un support pour soutenir le fléau.
-Placez le moteur sur lequel vous aurez fixé une came excentrique au dessus du fléau non loin du haut parleur, et mettez le moteur en route en mesurant la tension aux bornes du haut-parleur à l’aide de l’oscilloscope.
-Notez toutes les distances utiles, la fréquence et la tension crête à crête.
Comment déterminer la vitesse à partir des distance mesurées et l’excentricité de la came ?
Quelles sont les sources d’incertitude ?
Comment améliorer cette manipulation ?
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