DLL Physique

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Le Discovery Learning Programme de Physique regroupe une sĂ©rie de manipulations individuelles sur lesquelles les groupes dâĂ©tudiants travaillent en alternance. Le parc des expĂ©riences Ă disposition permet lâorganisation dâun programme adaptĂ© aux besoins des sections. Il permet par exemple dâaborder des sujets tels que:
- Introduction à la physique expérimentale et aux problématiques de la métrologie
- Physique du bĂątiment
- Physique des transports
- Ecologie
- Physique atomique et accélérateurs de particules
- Biophysique
- Microélectronique
- Energies renouvelables
Le parc dâexpĂ©riences actuel est mis Ă jour et complĂ©tĂ© en fonction des nouvelles demandes pour rĂ©pondre au mieux aux attentes des diffĂ©rentes sections.
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Le systĂšme Ă©tudiĂ© dans cette expĂ©rience est un disque pouvant tourner autour de son axe vertical. Son mouvement est dĂ©crit par lâangle de rotation Î. Il est soumis Ă des forces de frottement, produites par un frein magnĂ©tique, que lâon suppose de type visqueux. Il peut ĂȘtre excitĂ© par une force extĂ©rieure produite par un moteur Ă©lectrique. On obtient des oscillations libres ou forcĂ©es que lâon peut analyser sur des tracĂ©s enregistrĂ©s par une acquisition des donnĂ©es.

Le soleil est une source dâĂ©nergie pratiquement inĂ©puisable. Lâapport solaire directe peut atteindre jusquâĂ 1000 W/m2 Ă la surface de la terre. Une maniĂšre possible dâexploiter cette Ă©nergie est de la convertir en Ă©lectricitĂ© au moyen de capteurs photovoltaĂŻques composĂ©s de semi-conducteurs pn.
Dans ce module, les Ă©tudiants analysent le fonctionnement de diffĂ©rents capteurs en silicium monocristallin, polycristallin et amorphe. Ils analysent les caractĂ©ristiques I/V et le maximum de puissance Ă©lectrique et leur changement en fonction de lâintensitĂ© lumineuse et de la longueur dâonde de la lumiĂšre.

Une pile Ă combustible convertit de lâhydrogĂšne et de lâoxygĂšne en eau en utilisant lâĂ©nergie de la rĂ©action pour produire de lâĂ©lectricitĂ©. Dans cette expĂ©rience, les Ă©tudiants analysent le fonctionnement de piles Ă combustible avec Ă©lectrolyte polymĂšre en mesurant leurs performances: puissance maximale, rendement. Ils Ă©tudient la production du combustible hydrogĂšne par Ă©lectrolyse de lâeau. Ainsi, ils peuvent en dĂ©duire le rendement global du cycle complet de production dâĂ©nergie Ă©lectrique par le procĂ©dĂ©Ì Ă©lectrolyse + pile Ă combustible.

Cette expérience permet de voir une application pratique des cours de base de thermodynamique.
On Ă©tudie ici le cycle thermodynamique de Stirling. On relĂšve graphiquement les cycles pression-volume. On mesure le rendement dâun moteur Ă air chaud pour diffĂ©rents rĂ©gimes de rotation. On Ă©tudie ensuite les rendements dâune machine frigorifique puis dâune pompe Ă chaleur en fonction de la tempĂ©rature.

Lorsquâun solide, qui ne peut pas se dĂ©placer, est soumis Ă un systĂšme de contraintes extĂ©rieures, il rĂ©pond Ă cette sollicitation en se dĂ©formant. Pour de faibles contraintes, la dĂ©formation est instantanĂ©e, proportionnelle Ă la contrainte et revient Ă zĂ©ro lorsque la contrainte est supprimĂ©e. Câest la dĂ©formation Ă©lastique.
LâanĂ©lasticitĂ© est une dĂ©formation rĂ©versible mais elle nâest pas linĂ©airement proportionnelle Ă la contrainte et dĂ©pend du temps selon un certain temps de relaxation. Ce temps de relaxation peut ĂȘtre mesurĂ© en produisant des vibrations pĂ©riodiques dans lâĂ©chantillon et en mesurant la dĂ©croissance logarithmique de lâamplitude de vibration, c.-Ă -d. le coefficient dâamortissement. Dans cette expĂ©rience on mesure le module Ă©lastique dynamique et le coefficient dâamortissement lors de la relaxation de Snoek (diffusion du C dans le Nb) en fonction de la tempĂ©rature.

LâinterfĂ©romĂ©trie est lâĂ©tude et lâutilisation du phĂ©nomĂšne dâinterfĂ©rence dĂ» aux propriĂ©tĂ©s ondulatoires de la lumiĂšre. Le phĂ©nomĂšne dâinterfĂ©rence se produit lorsque deux ou plusieurs oscillations cohĂ©rentes (de mĂȘme frĂ©quence et de phase relative fixe) coexistent dans lâespace et dans le temps, et se superposent. LâinterfĂ©romĂštre de Michelson se base sur la sĂ©paration en deux du faisceau lumineux dâorigine par un « beam splitter » et lâutilisation de miroirs pour recombiner les rayons. Cette expĂ©rience permet dâun part de mesurer assez prĂ©cisĂ©ment la longueur dâonde de la lumiĂšre produite par le laser et ensuite de mesurer le phĂ©nomĂšne de magnĂ©tostriction sur un barreau magnĂ©tique

Le but de cette manipulation est de se familiariser avec quelques propriĂ©tĂ©s des matĂ©riaux magnĂ©tiques, et en particulier avec le cycle dâhystĂ©rĂšse et ses grandeurs caractĂ©ristiques. LâhystĂ©rĂšse magnĂ©tique apparaĂźt dans les matĂ©riaux ferromagnĂ©tiques et elle rend compte des pertes dâĂ©nergie qui apparaissent lors dâun cycle magnĂ©tique. Le cycle dâhystĂ©rĂšse illustre la relation existant entre lâaimantation ou lâinduction magnĂ©tique et le champ magnĂ©tique appliquĂ©. On effectue ici diffĂ©rentes mesures en utilisant un transformateur. On peut changer les matĂ©riaux du circuit magnĂ©tique et Ă©tudier lâhystĂ©rĂšse lorsquâon travaille en circuit magnĂ©tique ouvert ou fermĂ©.

Cette expĂ©rience permet de visualiser un faisceau Ă©lectronique dans un champ Ă©lectromagnĂ©tique. Elle permet donc de dĂ©terminer la charge spĂ©cifique e/m de lâĂ©lectron Ă partir des mesures du rayon de lâorbite circulaire dâun faisceau dâĂ©lectrons dans un champ magnĂ©tique produit par des bobines dâHelmoltz. Cette expĂ©rience permet Ă©galement de visualiser la force de Lorentz sur une charge Ă©lectrique.

Les applications des rayons X sont nombreuses, tant en physique quâen biologie ou en mĂ©decine. Une introduction Ă la physique du rayonnement X est donc indispensable pour tout Ă©tudiant qui entreprend des Ă©tudes scientifiques. Cette manipulation traite de lâorigine des rayons X, de leur production et de leur interaction avec la matiĂšre.
Les expĂ©riences proposĂ©es sont celles de la diffraction et de lâabsorption des rayons X. DiffĂ©rents matĂ©riaux monocristallins et polycristallins et poudres sont mis Ă disposition.

Le vide est nĂ©cessaire dans une grande majoritĂ© dâexpĂ©riences en physique. Ses applications sont multiples depuis les vaisseaux spatiaux jusquâĂ la fabrication des Ă©lĂ©ments microĂ©lectroniques sous vide. La technique du vide est devenue une vĂ©ritable discipline industrielle, dont bĂ©nĂ©ficient largement les chercheurs et les techniciens de laboratoire.
Dans cette expĂ©rience les Ă©tudiants se familiarisent dâabord avec le fonctionnement des Ă©lĂ©ments principaux du vide tels que les pompes, les vannes, les manomĂštres. Ils dĂ©terminent le dĂ©bit effectif (cinĂ©tique de pompage) et la pression limite dâune pompe Ă palette et dâune pompe Ă diffusion. Ils apprennent Ă calibrer une jauge de Pirani pour lâair et pour lâhĂ©lium, au moyen du manomĂštre Kammerer.

Cette expĂ©rience permet dâĂ©tudier le diagramme P-T de lâazote et en particulier de dĂ©terminer son point triple. Un bac thermostatĂ© Ă double parois est rempli en azote. Le systĂšme de pompage permet de rĂ©gler la pression tandis quâun deuxiĂšme rĂ©servoir Ă azote permet de rĂ©gler la tempĂ©rature du bac . Le systĂšme permet de relever Ă la main quelques points sur les courbes de sublimation, de vaporisation et de fusion et de dĂ©terminer leur point dâintersection: le point triple.

LâĂ©vaporation dâĂ©lĂ©ments ou de composĂ©es chimiques est nĂ©cessaire pour la dĂ©position de couches minces. Dans cette expĂ©rience, on propose dâutiliser lâeffet Joule pour le chauffage dâun creuset dans lequel on a posĂ© des mĂ©taux tels que lâor ou lâargent. Ces couches minces seront utilisĂ©es pour fabriquer un lame semi transparente et une cellule solaire basĂ©e sur le principe de la barriĂšre de Schottky .
