Un petit bol mettant en vedette la force Lorentz : 4 étapes

2024 Auteur: John Day | [email protected]. Dernière modifié: 2024-01-30 09:07

Nous avons créé une configuration simple dans laquelle la force de Lorentz peut être visualisée. En laissant un courant traverser un mélange d'eau et de bicarbonate de soude et en plaçant un aimant sous ce mélange, le fluide fera un mouvement de rotation autour des électrodes.

Un terme important utilisé dans ce instructable est une électrode. Il s'agit d'un matériau conducteur (généralement un métal) qui permet au courant de passer d'une certaine substance à une autre. Dans ce cas, les électrodes permettent au courant de passer d'un fil dans un fluide et dans un fil à nouveau.

Étape 1: Matériaux et outils

Les matériaux et outils suivants sont nécessaires pour cette configuration:

• Adaptateur 12 V avec un câble d'alimentation CC. Notez que le câble d'alimentation sera coupé.
• Câble de 30 cm*. Cela sera utilisé pour fabriquer des électrodes, donc deux morceaux de cuivre, d'aluminium, de graphite, de platine, etc. seraient également suffisants. En outre, le cuivre rouillera, il peut donc être souhaitable d'avoir une longueur de câble supplémentaire pour fabriquer plusieurs électrodes.
• Un aimant en forme de disque. Nous en avons utilisé un d'un diamètre de 2 cm.
• Un petit bol en verre. Nous avons utilisé un bol carré de 10 cm X 10 cm.
• Papier cartonné (environ 15 cm^2).
• La colle.
• Morceau de bois de 20 cm X 15 cm servant de socle.
• 1,5 g de bicarbonate de soude*.
• 100 ml d'eau*.
• Colorant alimentaire.

* Il s'agit du montant nécessaire pour démontrer au moins une fois.

Les outils suivants sont nécessaires pour cette configuration:

• Pince à dénuder. Bien qu'un couteau Stanley fonctionnerait aussi.
• Pince à becs arrondis
• Cuillère (pour mélanger l'eau).

Étape 2: Câblage et électrodes

Commencez par utiliser la pince à dénuder ou le couteau Stanley pour dénuder les extrémités du câble d'alimentation CC de l'adaptateur, comme indiqué sur la première image à droite.

Ensuite, dénudez tout le câble de 30 cm de manière à vous retrouver avec un fil de cuivre. À l'aide des pinces, la moitié du fil de cuivre. Nous allons maintenant le façonner pour qu'il devienne une électrode efficace. À l'aide de la pince, pliez une extrémité du fil de cuivre en un tourbillon et façonnez l'autre extrémité en un « crochet » afin que l'électrode puisse reposer sur le bord du bol, comme indiqué sur la deuxième image à droite. Faites de même pour la seconde moitié du fil. Placez les électrodes sur le bord du bol (l'une en face de l'autre) et appuyez-les contre les côtés du bol comme indiqué sur la troisième image à droite. Assurez-vous que la partie tourbillonnante des électrodes est distante d'environ 2 cm l'une de l'autre. Remodelez les électrodes au besoin et coupez tout excès de fil.

Pour finir les électrodes, prenez les extrémités dénudées du câble d'alimentation CC et attachez chaque extrémité dénudée autour du crochet d'une électrode.

Étape 3: Plate-forme de bol

Pour cette expérience, un aimant doit être placé sous le bol. Pour faciliter ce placement, nous avons créé une plate-forme pour le bol avec un outil pour pousser l'aimant.

Pour faire la plate-forme, découpez un carré de 4 X 4 cm dans le carton. Découpez des carrés plus petits de 1 X 1 cm et créez 4 piles de petits carrés en carton pour créer les pieds de la plate-forme. Le nombre de petits carrés nécessaires dépend de la hauteur de l'aimant. Assurez-vous que la plate-forme est un peu plus haute que l'aimant, afin que l'aimant puisse facilement glisser en dessous. Collez les petits carrés de carton ensemble et collez-les aux coins de la plate-forme comme indiqué sur la première image à droite.

Pour fabriquer l'outil curseur magnétique, découpez une bande de 2 X 7,5 cm dans le carton. À une extrémité, coupez un demi-cercle d'environ 2 cm de diamètre. L'aimant doit s'insérer facilement dans cette extrémité de la bande de carton, comme indiqué sur la deuxième image à droite.

Enfin, découpez deux bandes de 12 X 1 cm et une bande de 4 X 1 cm. Ces bandes serviront de "clôture" pour l'aimant et son curseur. Collez tous les composants en carton, à l'exception du curseur sur le morceau de bois comme indiqué sur l'image de gauche.

Étape 4: Réalisation de l'expérience

Versez l'eau dans le bol et placez-le sur la plate-forme en carton. Faites glisser l'aimant sous le bol et connectez le câble d'alimentation CC à l'adaptateur. Si des bulles commencent à se former autour de l'une des électrodes, cela signifie que le courant traverse les fils comme indiqué sur l'image de gauche. Ajoutez le bicarbonate de soude et remuez si nécessaire pour que le bicarbonate de soude se dissolve plus rapidement. Vous pourrez probablement voir que le bicarbonate de soude tourne autour des électrodes. Ajoutez un peu de colorant alimentaire à l'eau pour que ces mouvements de rotation deviennent plus visibles, comme indiqué sur l'image de droite. Vous avez maintenant montré le fonctionnement de la force de Lorentz dans une petite expérience simple.

Remarque: l'une des électrodes en cuivre se dégradera et sa couleur de surface deviendra turquoise, tandis que l'autre électrode deviendra noire. Si vous souhaitez effectuer cette expérience plusieurs fois ou pendant des périodes plus longues, il est recommandé de faire plusieurs électrodes en cuivre à l'avance. Des électrodes en graphite ou en platine pourraient être utilisées à la place car ces matériaux ne se dégraderont pas.