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Bobine de Ruhmkorff

Zone51

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Posté le : 30/11/2009, 17:24 (Lu 20594 fois)
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Commentaire :  Calculer la tension du secondaire


Bonjour,

J'ai fabriquer récemment une bobine de Ruhmkorff pour un atelier lors de la fête de la science.

Elle fonctionne parfaitement, mais j'ai un doute sur les phénomènes mis en jeu.


Je pense que la bobine se comporte comme un transformateur, et utilise le courant de rupture du circuit primaire ( provoqué" par la self induction de la bobine ), pour générer une haute tension dans le secondaire. Avec la relation:

U1 x I1 = U2 x I2
conservation de la puissance dans un transformateur
I1 courant de rupture dans le primaire, U2 tension du secondaire

R1 x I1² = U2² / R2
U2² = R2 x R1 x I1²

Avec R2 très grand ( beaucoup de spires de fil fin dans le secondaire )
et I1 grand ( courant de rupture )

Le problème étant R1 faible ( gros fil ), assez faible pour avoir un influence?
De plus, le circuit magnétique est incomplet, donc il ne s'agit pas vraiment d'un transformateur.

J'ai lu un peu de tout et n'importe quoi sur internet ou dans des livres d'époque, ça m'intéresserait de savoir comment ça se passe vraiment. :)

Merci de votre aide

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Édité le 30/11/2009, 17:25 par Zone51

Re: Bobine de Ruhmkorff [69233]

moulin

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Posté le : 01/12/2009, 14:39 (Lu 20579 fois)
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Cher Zone 51

Je pourrais peut etre te renseigner si tu donnais le schema de ton montage et la forme du signal qui excite la bobine : signal sinusoidal ou impulsions comme sur une voiture (vis platinee des anciennes voitures)

Amities

J-P Moulin



J-P M.

Re: Bobine de Ruhmkorff [69234]

Zone51

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Posté le : 01/12/2009, 14:53 (Lu 20578 fois)
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Bonjour,

le schéma est semblable à celui-ci:
http://www.epsic.ch/Branches/Audiovideo/audio/laradio/radio/hertz03.JPG
Un condensateur de protection a été jouté en dérivation du rupteur.

Les pièces utilisées viennent de l'allumage d'une vielle voiture, bobine d'induction, condensateur et vis platinées, le signal est donc en impulsions.

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Édité le 01/12/2009, 14:53 par Zone51

Re: Bobine de Ruhmkorff [69236]

moulin

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Posté le : 01/12/2009, 22:01 (Lu 20561 fois)
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Bonsoir

Je vais te dire a premiere vue ce que j'ai compris en voyant le schema.

Il s'agit d'un oscillateur mecanique : quand on met sous tension le champs magnetique de l'electroaimant attire une lamelle de fer qui coupe le circuit, un ressort de rappel tend a remettre la lamelle dans sa position initiale qui retablit le courant qui excite l'electroaimant qui attire la lamelle etc etc ...

Les anciennes sonneries de telephone et certaines sonneries de portes fonctionnent comme cela.

Dans ce schema, on genere une tension assez haute pour faire eclater un arc entre les deux boules au secondaire ce qui genere des ondes electromagnetiques amorties.
Je correspondais comme cela avec un autre lyceen quand j'etais en math elem, j'actionnais avec un manipulateur morse un eclateur et il me recevait avec un poste a transistor regle sur ondes moyennes.
L'emission est franchement epouvantable car on pollue toute la bande. Cela me permettait de lui transmettre des formules de trigonometrie (epouvantable en morse)

On fabrique ainsi des impulsions dont la frequence doit etre quelques dizaines de Hertzs, quand ton montage fonctionne on doit entendre la mecanique vibrer acette frequence.

J'ai fait aussi un montage identique avec une bobine de R5 mais l'oscillateur etait un NE555 + plus un transistior de puissance et c'etait pour electrifier une cloture pour un prix tres bas. Je pourrais te retrouver les plans si cela t'interesse.

Il s'agit bel et bien un transformateur quoique le circuit magnetique ne soit pas ferme comme tu le fais remarquer.
On peut parfaitement faire un transformateur avec deux bobinages sur un cylindre (mandrin) de ferrite ou meme sur air (circuits d'accord d'antenne en haute frequence dans les postes de radio).

On a un rendement dans un transformateur qui est tres eleve disons 90% (c'est une excellente machine) peut etre pas autant ici, donc ton idee de conservation de la puissance est a peu pres juste a 10 ou 20 pour cent pres.

Le condensateur est en parallele avec le rupteur ; on disait au temps des voitures avis platinees que c'etait pour absorber l'etincelle d'extrarupture (loi de Lenz : V = - L di /dt, ici la variation de l'intensite est grande).

J'emploirai plutot la formule n1/n2 = v1/v2 rapport des tensions et du nombre de tours primaire secondaire.

Ici le primaire est de 12 volts et le secondaire est de 15.000 volts (a la louche)
donc tu as 1200 fois plus de tours au secondaire qu'au primaire.

Quant au diametre du fil c'est tres simple : En admettant qu'il y ait a peu pres conservation de la puissance, on peut ecrire v1 . i1 = v2 . i2

soit encore v1/v2 = i2 / i1

Comme v2 est 1200 fois plus grand, la tension 1200 fois moindre au secondaire qu'au primaire.

pour les basses frequences, il faut employer un fil dont le diametre est fonction lineaire de l'amperage qui le parcourt (les electriciens disent 10 amperes au mm carre), le diametre du fil du secondaire aura un diametre racine carre de 1200 fois moindre que le diametre du primaire

i2/i1 = s2/s2 = racine d2/d1

car les surfaces des conducteurs varient comme le carre de leur diametre (S = Pi . d^2 /4)

La resistivite de secondaire resulte de toutes ces considerations (R = ro . l /s), longueur du fil fonction du nombre de tours et diametre du fil fonction de l'amperage

J'espere t'avoir repondu adequatement.

Amities


J-P Moulin


J-P M.

Re: Bobine de Ruhmkorff [69237]

Zone51

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Posté le : 01/12/2009, 23:24 (Lu 20557 fois)
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Bonsoir Moulin!

Merci pour ton éclaircissement sur les formules.

Mon intuition sur le transformateur n'était pas si mauvaise tout compte fait. Mais j'avais lu dans cet ouvrage...
http://books.google.fr/books?id=XWpCAAAAYAAJ&dq=bobine+ruhmkorff+formule&printsec=frontcover&source=bl&ots=8XP5OD473o&sig=ceoPNbRtOiu6ktZ15K62OTjyrSY&hl=fr&ei=--kTS9TDG-aQjAesx7HUAw&sa=X&oi=book_result&ct=result&resnum=10&ved=0CCwQ6AEwCQ#v=onepage&q=&f=false

...que la bobine se comportait comme un oscillateur fonctionnant au delà de la zone de claquage. Mais peut-être que le principe du transformateur n'était pas bien connu à cette époque.

En fait la véritable question est, est-ce vraiment le courant de rupture dans le primaire qui induit une haute tension?


Je serais très intéressé par ton dispositif, un rupteur électronique pourrait compléter mon petit "kit". :)

En effet, des ondes amorties se produisent dans le secondaire.
Mais, en principe ces ondes n'ont pas la même fréquence que le rupteur, elles donnent d'ailleurs naissance à des ondes radio. Donc leur fréquence doit être suffisamment élevée. De plus, l'ajout d'un circuit d'accord dans le secondaire permet de régler la fréquence d'émission.

j'ai effectué la même manipulation que toi lors de l'atelier. J'actionnais la bobine à l'aide d'un manipulateur morse, et la réception se faisait à l'aide d'un tube à limaille. Mais j'ai pu constaté à la maison que mon radio réveil captait également mes transmissions. Heureusement qu'il n'y a pas de radio-amateur dans mon voisinage! Mais comme la bobine n'était pas reliée à la terre, la portée restait limitée.



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Édité le 01/12/2009, 23:25 par Zone51

Re: Bobine de Ruhmkorff [69240]

darrigan
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Posté le : 02/12/2009, 00:30 (Lu 20552 fois)
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A mon avis, c'est bien le courant de rupture qui fait la tension. (Le principe est un peu le même pour le transformateur de Tesla.)

Au fait, auriez-vous de belles photos de vos réalisations ? Voire même des plans que l'on pourrait mettre sur le wiki et qui pourraient profiter à des physiciens en herbe ?


Re: Bobine de Ruhmkorff [69241]

moulin

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Posté le : 02/12/2009, 09:19 (Lu 20543 fois)
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Bonjour

Le rupteur genere des signaux carres ou impulsions. Ces impulsion generent un courant d'extrarupture v = - L di/dt
ici di/dt est tres important car un contact genere quand on le ferme plein de pics dont les fronts montants et descendants sont tres raide, pente elevee , derivee de forte valeur.

On peut traiter le probleme de facon un peu moins verbale : le signal carre est la somme sin t + 1/3 sin 3t + ... + [1 /(2n+1)] sin (2n +1) t + ... toujours avec la transformee de Fourier. Cettes somme de signaux sinusoidaux forcent les oscillations.

est-ce vraiment le courant de rupture dans le primaire qui induit une haute tension?

Ces signaux carres forcent la bobine a des oscillations amorties.
Les oscillations ont pour frequence f = 1/2 . pi racine LC (formule de thomson)


Les oscillations sont amorties du fait qu'il y a dissipation d'energie dans la bobine notament du fait que le fil a un resistance.

POur avoir des oscillations entretenues , il faut un dispositif qui donne de l'energie, au debut du XX ieme ce fut l'invention de la triode par Lee de Forest qui permit aux emetteurs de radio d'avoir une porteuse stable (frequence relativement pure due a l'oscillateur generant une onde entretenue)

A mon avis l'emetteur de Hertz decrit ici date de la fin du XIX alors que le transformateur est contemporain de la mise en equation de l'electromagnetisme (Ampere et Faraday vers 1820 1830) donc a la fin du XIX le transformateur etait bien connu et bien au point.

Je vais te retrouver le schema d'electrificateur de cloture, j'ai cherche le montage hier soir et je ne l'ai pas trouve, ca marche tres bien, je me souviens avoir mis un faisceau et une bougie au bout et cela generait de jolies etincelles.

Quand tu fais marcher ton montage il faut charger le secondaire sinon l'energie ne se dissipe pas et la bobine chaffe jusqu'a se deteriorer.

Je me permets de te deconseiller de faire marcher de facon frequente cet emetteur qui pollue une tres grande bande frequence (ondes moyennes) dans un rayon de quleues dizaines de metres. Il ya des gens qui ecoutent ondes moyennes et courtes.

On est loin de Tesla qui avait fait aux etats Unis un dispositf identique sur une tour gigantesque il avait dispose des boules entre lesquelles eclataient des etincelles car il cherchait a envoyer des signaux a d'eventuels habitants de Mars, il avait ete oblige d'arreter assez vite car cela faisait un bruit de tonnerre au sens propre et allumait par induction les lampes alentour (boucle de Hertz) je crois meme que cela tuait le betail toujours par effet boucle de hertx, la boucle etant realise par les fils barbeles qui entouraient les champs.
Je trouve Tesla tout a fait extraordinaire, il y a des scientifiques qui ne sont pas des comptables etriques avec de petits crayons mais qui ont la tete dans les etoiles.

Meilleures amities

J-P Moulin


J-P M.

Re: Bobine de Ruhmkorff [69247]

nobelios

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Posté le : 02/12/2009, 12:00 (Lu 20537 fois)
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Tesla était aussi un cinglé, adepte de la secte d'AUM si mes souvenirs sont bon. Je ne garde que de lui la partie fantasque des Red alert.

Re: Bobine de Ruhmkorff [69290]

moulin

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Posté le : 03/12/2009, 08:37 (Lu 20489 fois)
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Peux tu nous expliquer, Nobelios, comment Tesla qui est mort dans les annees 50 a pu etre adepte de la secte AUM qui date des annees 80 ?

Il etait tellement fou qu'il a du croire avoir invente une machine a voyager dans le temps sans doute.

J- P Moulin


J-P M.

Re: Bobine de Ruhmkorff [69294]

darrigan
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Posté le : 03/12/2009, 13:24 (Lu 20480 fois)
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Le plus simple est de ne pas faire attention aux remarques de Nobelios qui dévient du sujet initial ! OK Tesla était un scientifique un peu foldingue, ou bien il a été récupéré par d'autres personnes, il n'empêche qu'il a inventé des machines bien spectaculaires et qui ne relèvent pas du paranormal.



Re: Bobine de Ruhmkorff [69242]

moulin

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Posté le : 02/12/2009, 09:27 (Lu 20542 fois)
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Je viens de retrouver le montage et ai trouve le schema.

Comment le diffuser ? On ne peut pas inserer une image ?

Amities

J-P Moulin


J-P M.

Re: Bobine de Ruhmkorff [69244]

Zone51

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Posté le : 02/12/2009, 11:51 (Lu 20539 fois)
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Bonjour,

j'ai fait quelques recherches sur cette histoire de transformateur, et il s'avère que le premier brevet a été déposé en 1882, mais qu'il n'a pas été délivré car la théorie n'était pas encore comprise. ( On pensait que l'on créait de la tension à partir de rien). Donc la formule de conservation de la puissance ne devait pas être connue.

La bobine de Ruhmkorff a été conçue vers 1850, et l'ouvrage que j'ai donné en lien date de 1855. Donc il est probable que l'explication de ce bouquin soit fausse. ( Comme quoi, toujours vérifier ses sources ).

La mise en équation de l'électromagnétisme a été mise en équation plutôt par Maxwell que Faraday, en 1864. Donc avant, c'était surtout de l'empirisme.

J'évite en effet d'utiliser de façon régulière l'émetteur, mais j'ai vérifié plusieurs fois sa portée à l'aide d'une radio grandes/moyennes ondes, et tant que l'antenne est à l'intérieur, et qu'il n'y a pas de connexion à la terre, la portée reste de quelques mètres. De plus j'ai remarqué que les signaux traversaient mal les murs. J'ajouterais par la suite un circuit d'accord, mais l'usage que j'en ferais restera très limité n'ayant pas (encore) la licence radio-amateur. A moins d'utiliser la Citizen Band, qui, je crois, est autorisée aux profanes.

Je suis en train de réaliser des Pdf sur la fabrication d'une bobine Ruhmkorff et un récepteur à tube à limaille. Il y aura des photos et des dessins. De plus je pense à la création d'un site/blog sur les technologies anciennes orienté bricolage/fabrication. Je vous le ferais parvenir lorsqu'il sera complet.

Bonne journée

Re: Bobine de Ruhmkorff [69271]

moulin

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Posté le : 02/12/2009, 19:06 (Lu 20517 fois)
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Re bonjour suite et fin

On parle en fait de deux choses en non d'une a mon avis.

D'une part le transformateur (ici bobine de rumkorf) et d'autre part la creation d'ondes electromagnetiques amorties generees par l'arc entre les boules de l'eclateur.

Je crois toujours que le transformateur c'est 1830 et la creation d'ondes electromagnetiques amorties c'est en effet 1880

Le terme d'electromagntisme prete a confusion
Les 4 equations de Maxwell doivent dater (a la louche) de 1870.
C'est a partir de ces travaux theoriques que Hertz commence a faire des manips sur les ondes electrognetiques mais cela avait une protee tres reduite, les premieres experiences se passent d'une piece du labo a une autre.
Pour moi la radio commence avec le sondes entretenues et l'amplificateur et c'est Lee de Forest vers 1903 qui permet cela avec la triode.

En revenant en arriere
Oerstedt a la suite d'une observation fortuite de deviation d'une boussole quand on eteignait a proximite un circuit electrique, a vu la relation entre electricite et magnetisme. Les autres scientifiques cherchaient les effets magnetiques de l'electricite quand celle ci est en regime stationnaire.

c'est pour cela que je parlais d'electromagnetisme mais j'avais peur en l'ecrivant et cette peur semble justifiee que cela fasse confusion avec Maxwell, je n'emploie peut etre pas les bons mots. J'aurais du peut etre du parler de relation electricite magnetisme observe par Oerstedt et theorise par Ampere. En fait en reprenant un bouquin de Lycee on doit pouvoir avoir les idees claires.

Ampere a mis tout cela en equation (l'outil est le champs de vecteurs) il a fait cela en queslques mois a un age avance et selon mes souvenirs c'est vers 1831, un peu plus tard Faraday a employe les equations d'Ampere pour realiser les premiers transformateurs.

Je parle de memoire et peux me tromper ; par ailleurs, tous ces decouvreurs et ces theoriciens n'avaient peut etre pas (ou meme surement pas) du tout la meme conception que nous de ces objets d'experimentations ; peut etre quand Faraday a fabrique le premier ou l'un des premiers transformateurs, ce n'etait pas pour l'usage et l'idee que nous nous en faisons maintenant, d'ou en partie cette discussion.

Pour qu'un emetteur fonctuionne correctement il faut en effet une antenne et une terre (fondamental) et l'antenne doit etre accordee, avec une bonne terre (tres delicat a faire) et une grande antenne tu peux avoir des kilometres de portee avec ce dispositif rudimentaire.

c'est aussi vrai pour les recepteurs, j'ai ici un recepteur tres perfectionne (racal RA6790/GM) et l'antenne exterieure de 30 metres est accordee en frequence et en impedance par une self a roulette et quand on regle la self et les deux condensateurs, on sort des emetteurs tres faibles que l'on ne pourrait capter sans ce dispositif. Gain de deux trois points ce qui est enorme.

A propos du detecteur a limaille (Branly) connais tu le detecteur magnetique avec une fil magnetique qui est actionne par un moteur ?
Je ne connais ce dispositif que depuis quelques mois, il est decrit dans la revue radiofil.

Enfin, si tu veux le schema, les photos du montage et le (peu de) savoir faire qui facilite la mise en oeuvre du meme montage avec un oscillateur electronique a la place du rupteur mecanique, donne moi en messagerie privee ton email, j'ai refait le schema proprement ce matin.

Amities

J-P Moulin



J-P M.

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