30/05/18 Amine 2 0
Évolution de la résistance en fonction de la température
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
Le but de ce projet est de retrouver la variation de la résistance et/ou de la résistivité en fonction de la température selon le type de matériau.
Principe physique
On peut classer les matériaux selon leur caractère conducteur, isolant ou semi-conducteur. Mais que se passe t’il lorsque que l’on fait varier la température de ces matériaux ?
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Arduino
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Résistance platine
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Aluminium
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Platine d'expérimentation
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Fils
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Fils électriques
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Fer à souder
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Résistances
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Semi-conducteur
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Blocs chauffants
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Scotch résistant à la chaleur
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Matériel
-Pour les échantillons, nous avons pris un fil de cuivre d’une longueur d’environ 1 mètre avec une section de 0.1 mm ainsi que deux semi-conducteurs (extrinsèque et intrinsèque).
-On utilise le fer à souder pour accorder des fils électriques à nos échantillons et ainsi pouvoir mesurer la tension directement sur Arduino (qui sert en même temps de générateur de tension).
-La résistance de platine (pt100) est un composant dont la résistance croit linéairement en fonction de la température et qui nous servira à la calculer.
-L’aluminium sert à recouvrir une partie de la plaque chauffante pour éviter que les fils ne rentrent en contact direct avec elle et fondent (on veut pouvoir coller la résistance de platine et notre échantillon sur la plaque pour faire varier la température).
-Le scotch sert à coller la résistance de platine et l’échantillon sur la plaque chauffante et recouvrir les parties des fils susceptibles de fondre.
Réalisation du montage
-Le but du montage est d’avoir grâce à la platine d’expérimentation deux circuits séparés, l’un composé d’une résistance de référence en série avec la résistance de platine qui nous permet de calculer la température de notre échantillon et l’autre d’une autre résistance de référence en série avec notre échantillon qui nous permet de calculer sa résistance.
-On commence par brancher les ports « GND » et « 5V » à la plaque d’expérimentation puis on branche chaque résistance de référence en série avec l’échantillon ou la résistance de platine.
-On relie les fils électriques nommés A0 et A1 dessinés sur le schéma aux ports analogiques A0 et A1 d’Arduino ce qui nous donne une mesure de la tension aux bornes de la résistance platine (Rpt) en A0 et de la tension aux bornes de l’échantillon en A1.
-Remarque: bien fixer l’échantillon sur la pt100 qui sont tous les deux fixés sur la plaque chauffante
Étalonnage de la résistance de platine
-Il y a sur le web des tableaux qui donnent le rapport R(T)/R(273K) en fonction de la température pour une résistance de platine pt100. Nous allons nous servir de cela pour obtenir l’équation d’évolution de la température en fonction de la résistance.
-On commence par mesurer la résistance de la pt100 à température ambiante puis grâce au tableau on obtient R(273K) pour notre pt100. Ensuite, on prend le tableau qui représente R(T)/R(273K) et on le multiplie par le R(273K) que l’on vient de trouver pour obtenir ainsi le tableau de R(T). On dessine grâce à un logiciel approprié (Excel par exemple) T en fonction R et on choisit l’option « fit linéaire » pour avoir l’équation de la température en fonction de la résistance.
Mesures et calculs
-Ce que l’on mesure grâce à Arduino ce sont les tensions aux bornes de l’échantillon et de la résistance de platine.
-On utilise les notations suivantes U=5V, Urefpt=tension aux bornes de la résistance qui est en série avec la pt100, Ureféch =tension aux bornes de la résistance en série avec l’échantillon, Upt =tension aux bornes de la pt100 et Uéch = tension aux bornes de l’échantillon.
-On mesure Upt et Uéch (grâce aux fils A0 et A1) et on utilise U= Upt + Uréfpt et U = Uéch + Ureféch pour obtenir Uréfpt et Ureféch.
-On utilise la loi d’Ohm U=RI pour retouver l’intensité circulant dans chaque circuit vu que l’on connait les valeurs des résistances de référence et la tension à leurs bornes.
-Connaissant maintenant l’intensité dans chaque circuit on peut remonter jusqu’à la résistance de l’échantillon et la résistance de la pt100 en utilisant encore une fois la loi d’Ohm.
-On utilise l’équation du fit linéaire que l’on a trouvé dans la partie « étalonnage de la résistance de platine » pour avoir la température de la pt100.
-Enfin, on code un programme Arduino qui renvoie directement les valeurs de la température et de la résistance de l’échantillon en temps réel qu’il ne nous restera plus qu’à dessiner en utilisant par exemple KaleidoGraph.
Que peut-on dire de la précision du montage?
Que peut-on faire pour l’améliorer?
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