Chambre à brouillard

Séance 1(04/10/17)

Thème et support retenu:

Thème: rechercher , proposer , concevoir et réaliser une chambre à brouillard.

Support: Chambre à brouillard.

Intitulé du sujet développé: Mise en  évidence de l'existence des particules radioactives.

Formulation de la problématique: comment visualiser ces particules ?

Nature de la production finale attendue: conception d'une chambre à brouillard et mise en application.

Séance 2 (11/10/17)

Pour cette séance, nous avons effectué des recherches sur le module Peltier, en particulier  sur son fonctionnement.

Nous avons observé sa conception pour déterminer son modèle de référence et ainsi les caractéristiques qu'elle comporte comme l'intensité(8 A)  qu'elle peut supporter ,également sa température(68 degrés), sa tension maximale(15.4V) et d'autres éléments.

Pour la prochaine séance nous allons essayer des systèmes de refroidissement pour le module Peltier comme sur cette vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=cHlwAaD85to

Séance 3(18/10/17)

Pour mettre en évidence l’effet Peltier, on réalise l’expérience liée au montage ci dessus. Une barre de fer de grosse section est reliée à deux barres de cuivre qui elles mêmes sont reliées aux deux bornes d’un générateur.

On essaye d’obtenir des contacts de bonne qualité pour avoir de faibles résistances. Les jonctions fer-cuivre sont chacune plongées dans un récipient contenant un mélange d’eau et de glace donc ayant sa température égale à O°C. 

Nous faisons passer un courant du plus au moins et nous constatons que dans le récipient 1 la glace fond alors que dans le 2 l’eau se congèle. 

La connaissance de l’effet joule nous aurait amené à penser que la glace fondrait dans les deux récipients du fait de la chaleur dégagée. 

Puisqu’il n’en est pas ainsi, il est clair qu’à l’effet joule se superpose un autre effet:  l'effet Peltier.

Les cellules à effet Peltier (CEP) ou modules thermoélectriques sont constitués de pavés semi conducteurs (principalement du tellure de bismuth) de type n et p, reliés en série par un matériau conducteur (souvent le cuivre) et des semelles d'échange thermique en céramique.

Nous pouvons remarquer que les jonctions sont de type p-n sur une face et n-p sur l’autre. 

Lorsqu’on fait circuler un courant électrique continu dans un tel circuit, il apparaît une face « froide » et une face « chaude ». Si on inverse le sens du courant, la température des deux faces change de côté.

Montage du circuit pour utiliser le module Peltier:

Au cours de cette séance nous avons réalisé un montage mettant en oeuvre le fonctionnement du module Peltier représenté ci-dessus.
Cependant nous avons constaté que la partie supposée froide se réchauffait très rapidement du fait que la chaleur  n'avait aucun moyen pour s'évacuer rapidement.
Pour ce montage nous avons utilisé:
-Un rhéostat(10 Ohm, 8 A)
-Générateur
-Module peltier
-2 multimètre
-Pt100
-fils et fiches Banane
-Datalogueur
-Plaque à trous

Pour la prochaine séance nous auront pour but de trouver une solution pour refroidir le système Peltier assez rapidement.

Séance 4 (08/11/17)

Cette séance nous avons comme prévue recherché un moyen de refroidir le module Peltier pour cela nous allons utilisé un radiateur dans de l'eau glacé avec un circuit pour renouveler l'eau pour quelle toujours a la même température.

6.9*6.2 cm (file rouge a droite face froide en haut)
2.8A 17.1°C premier point de mesure avec le radiateur et sans l'eau glacé

Séance 5(15/11/17)

1.78A face chaude : 26.5°C

face froide :14°C

2.62A face chaude : 30°C*

face froide : 11°C

Nous avons en début d'heure fait des mesures que l'on peut retrouver ci-dessus sans système de refroidissement sauf radiateur.

Pour faire ces mesures nous avons du étalonner la Pt100 grâce au data-loger et a la fonction Mx+B qui nous permet de transfert en agissant sur la valeur de b ainsi nous avons pue standardiser notre Pt100 a l'aide du fluke (thermomètre numérique T3000). On a pris soin de placer le fluke sur la face froide et la Pt100 sur la face chaude (elle est logé dans un trou sur le radiateur avec de la pâte thermique) se qui garantie un excellent couplage thermique.

 Notre prochaine étape de mesurer l’écart de température chaud-froid en utilisant un ventilateur ( convection forcé) on essaiera également le radiateur + de l'eau froide

Séance 6 (22/11/17)

premier essai avec ventilateur: 

4 A face chaude :

      face froide:16°C

En début de séance nous avons essayé d'évacuer la chaleur de la face chaude un ventilateur ce qui s'avère inefficace car nous avons obtenu les mêmes température que sans le ventilateur
Avec le radiateur qui baigne dans de l'eau glacé nous avons réussi a descendre a -5°C avec un courant de 4.75A
Nous en avons déduis qu'il y avait un problème d’étanchéité thermique car la face froide est en contact avec l'air ambiant et qu'il y avait aussi un échange thermique entre les eux faces.
Pour la prochaine séance nous allons essayé plusieurs isolants (polystyrène, pâte thermique...), puis essayé d'isolé la face froide l'air ambiant

Séance 8(13/12/17)

Pendant cette séance M.Krasinski nous a gentillement apporté un trés grand radiateur pour mettre sous la face chaude du module Peltier:

Nous avons fixé le radiateur à l'aide de vis en nylon pour éviter les échanges thermiques, nous avons totalement recouvert de pâtes thermique la face qui est en contact avec le radiateur.

Séance 9(13/12/17)

Pour cette séance nous avons fait de nouvelle mesure avec le nouveau radiateur, nous avons jamais réussis à avoir une température négative, donc nous avons essayé d'avoir ambiante dans le seau inférieur a celle de la classe en recouvrant le seau d'une plaque de polystyrène se qui n'a également pas fonctionner car nous avons obtenu une température de 13°C alors que l'on espérer avoir environ 0°C. 

Séance 10(20/12/17)

Aujourd'hui nous avons encore modifié notre système de refroidissement, on a tous d'abord remplacer le module Peltier par un autre plus performant, nous avons enlevé les plaques de cuivre qui entouraient le module Peltier et on l'a tout simplement placé directement sur le radiateur avec de la pâte thermique:

Ensuite nous avons placer l'ensemble dans un seau remplis de glace et d'eau pour refroidir le radiateur, on a recouvert le seau de plaque de polystyrène pour qu'il n'y ait pas d'échange thermique avec l'air ambiant:

 Grace a ce montage au premier essais nous avons réussi a obtenir une température de -28°C sur la face froide avec un courant de 5.08A et une tension de 7.8V:

Ensuite nous avons réalisé un second essais en renouvelant la glace et en enlevant les trous qui pouvait avoir entre les plaques de polystyrène, au final on a obtenu une température encore inférieur a la précédente:

-32.4°C avec un courant de 5.24A  et une tension de 8.1V