Le fil éléctrique (calembour de forum)


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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 15h51


Bonjour,

Dans ce fil je parlerai donc d’électricité. C'est une des bases de notre hobby, et ça peut aider les bricoleurs qui ont eu du mal en physique a résoudre certains problèmes de câblage/contact sur les pistes par exemple.

Le sujet est vaste, alors je vais commencer par un poil de physique en restant aussi simple que je peux. Et j'essaierai de proposer quelques "recettes de cuisine" plus tard dans le fil pour appliquer simplement les résultats.

Je ne parlerai que de courant continu, c'est le cas le plus simple, et c'est largement suffisant en slot analogique. Je pense aussi dans la grande majorité des cas en digital, mais on peut imaginer des insuffisances de ce coté là.

On va broder avec 3 grandeurs principalement, la tension, l'intensité, et la résistance. Dans la première série je vais préciser ces grandeurs, puisque pour les mesurer, faut bien savoir un peu de quoi il est question.

N'hésitez pas, il peut y avoir des oublis, des erreurs des manque... donc vos remarques seront bienvenues.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

Message modifié le vendredi 4 décembre 2015 à 16h08 par Ju_bil

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 16h06


Comme disait un prof de math : 1er chapitre - "aux ras des pâquerettes avant l'envol!"

-1- La Résistance : le but c'est entre autre de la mesurer, alors on commence par elle!

La résistivité (ρ ) d'un matériau conducteur est sa capacité à s'opposer à la circulation du courant électrique.
-Unité : Ω⋅m (ohm mètre)

La résistance d'un fil dépend de la résistivité du matériau et de sa géométrie : plus la section (S) est grande moins il est résistif, et plus le fil est long (L), plus il l'est.
=> R = ρ.L/S
-Unité : Ω (ohm)

A titre d'exemple la résistivité du cuivre est de 17.10^-9 Ω⋅m (à température ambiante et ça nous ira très bien)
Un fil de section S=1mm² ( 10^-6m² = 0,000001m² ) et long de 4m aura une résistance de
R= 17.10^-9 . 4 / 10^-6 = 0,068Ω = 68mΩ

Si je cable mon accélérateur avec 4m de conducteur (2m pour le plus et 2m pour le moins) en cuivre 1mm² sa résistance sera de 68mΩ, c'est pas beaucoup, mais c'est le double d'un câble de 2m de conducteur (1m+1m).

Avant même de faire de la mesure vous pouvez maintenant évaluer la résistance de votre câble de poignée si vous en connaissez la section et la longueur.
On vera par la suite ce que l'on peut en déduire sur les pertes que cela va générer.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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Jegom
Bargeots

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 16h52


Merci Ju Bil, ça peut servir

"Ingénieur, c'est le métier qu'on fait quand on a raté mécanicien" JIVARO

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 17h06


-2- L'intensité

Le courant électrique c'est un déplacement de particules électriquement chargées (typiquement des électrons).

L'intensité c'est tout simplement le débit de charges électriques qui traverse une surface de conducteur.
unité : l'ampère (A)

-3- La tension ou différence de potentiel

Il me semble que des 3 grandeurs de bases c'est la moins simple à appréhender. C'est par contre la plus facile à mesurer, pas de bol . Et puis comme on a besoin des 3 faudra faire avec, non mais sans blagues.

Alors avec les doigts : le potentiel électrique d'un point c'est sa capacité à attirer (ou repousser) une particule chargée (l’électron de tout à l'heure).

La tension électrique ou différence de potentiel ben c'est simplement la différence de potentiel électrique entre 2 points. Cela caractérise donc l'attirance d'un porteur de charge situé en un point vers un autre point.
unité : le volt (V)

-4- une analogie qui peut aider

On fait souvent l'analogie entre le courant électrique et un écoulement de liquide dans un tuyau, cette analogie a ses limites, mais elle permet de visualiser certains aspects.

La différence de potentiel aux bornes d'un fil ce serait la différence de hauteur entre les 2 bouts du tuyau.
L'intensité ce serait le débit de liquide

Et la résistance électrique caractériserait la capacité de se tuyau à laisser passer l'eau

Avec cette analogie, on imagine aisément qu'en augmentant la hauteur entre l'entrée et la sortie du tube la débit augmente, ou qu'en réduisant la section du tube on baisserai le débit.

On en arrive donc enfin au n°5

-5- Loi d'ohm

Le fameux : U=R.I

Qui dit exactement la même chose pour un conducteur électrique en reliant pas cette simple égalité la tension au bornes d'un conducteur d'une part, et d'autre part le produit du courant circulant dans ce conducteur et la résistance de ce conducteur d'autre part.
On peut le lire dans tous les sens

un courant d'1A traversant un fil d1Ω va provoquer une différence de potentiel d1V

ou

une différence de potentiel d'1V aux bornes d'un fil d'1Ω fera circuler 1A

Cette loi n'établit pas un lien de cause à effet entre la tension le courant et la résistance.

-6- L'effet Joule

Je passerai assez vite sur ce petit dernier, mais il est intéressant de le connaitre, et pour raffiner la compréhension de nos circuit il peut avoir son importance.

Un courant qui circule dans un fil conducteur chauffe ce dernier. C'est ce qui fait chauffer nos accélérateurs, nos moteurs...
Cette énergie dégagée est proportionnelle à la résistance du conducteur et au carré du courant, on le note W et on a :
W=R.I²
unité : le Joule (J)

NB : une fois connue cette énergie en connaissant la masse du conducteur et sa capacité calorifique on trouve rapidement l'élévation de température qui en découle, c'est plus mon travail, mais c'est moins intéressant ici.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 17h13


Pour la suite je vais tenter de faire plus digeste avec même quelques shémas.

J'essaierai d'expliquer pourquoi une mesure de R fine avec un multimètre ne fonctionne pas bien et surtout comment faire avec du matériel simple pour faire une mesure de R suffisamment fine pour nos jouet.

Si je n'ai pas perdu tous les lecteurs on pourra faire quelques exercices pour quantifier les effets de défaut de contact ou de la résistance des rail sur les voitures...

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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Numa
Jeune Padawan sloteur

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 17h50


Merci Ju_bil,

Mes cours de physique sont loin et c'est une bonne révision, agréable à lire.

À suivre donc

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blueb17
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 18h09


En effet, bonne révision et des explications claires, merci. Manque peut être quelques schémas et photos pour illustrer ton propos.

ma piste en vidéo : https://youtu.be/qYf53ryzir4

Message modifié le vendredi 4 décembre 2015 à 18h09 par blueb17

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NNKClinton
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 19h13


Tes explications sont elles transposables pour du numérique ?

Le courant étant constant sur ces dernières, avec j'imagine des impulsions spécifiques pour dire aux tutures de rouler + ou - vite ...

Si c'est du numérique "pas trop con" ( ), ne peut on raisonnablement penser qu'il est capable de de mesurer puis corriger une baisse de tension par rapport au signal qu'on lui envoie, en induisant une éventuelle compensation ...
( Un peu comme pour les transmissions de données informatiques ( Ethernet ou HDMI par exemple ... ) qui ont des corrections d'erreur ... )

Dslé si je suis un peu HS ...

Ca passe pas ... Ca passe paaaas ... C'est passé !

Message modifié le vendredi 4 décembre 2015 à 20h03 par NNKClinton

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 4 décembre 2015 à 21h32


Je ne connais pas les différents protocoles, mais si j'ai bien compris le principe du digital c'est une forme de CPL (courant porteur de ligne). Donc ce n'est pas du courant continu.

L'alternatif est sensibles à différents phénomènes, en particulier l'effet de peau qui à pour conséquence entre autres de faire varier la résistance avec la fréquence. Du coup on peut avoir une résistance faible en continu (fréquence nulle) et beaucoup plus élevé à haute fréquence.
Donc pour que cela fonctionne il faut que la résistance continu soit bonne, mais sur le papier on peut envisager que la résistance soit bonne en continu et trop haute pour que le digital fonctionne bien.

Mais c'est de la pure spéculation, je n'ai pas d'expérience en digital, et je connais mal les techno utilisées...

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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pepe_plus
Sloteur de l'extrême!

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Date du message : samedi 5 décembre 2015 à 00h17


Bravo pour ce fil tendu et à suivre Ju_bil.

Du beau boulot

Le slot ça rend fou !!!

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BRUNO
Lord of the ring

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Date du message : samedi 5 décembre 2015 à 09h22


J'ai eu un prof de physique qui faisait l'analogie avec un torrent
tension ou diff de potentiel égale à la différence de hauteur entre le haut de la montagne ou part le torrent et la vallée

Intensité = débit du torrent
résitance = sinuosité du torrent

puissance , etc

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : jeudi 10 décembre 2015 à 17h47


Tout a fait Bruno, j'utilise aussi cette analogie qui permet de visualiser une partie de cette physique.

Pép, j'éspère que le fil n'est pas trop tendu, il ne faudrait pas qu'il casse

Pour comprendre ce qui va suivre il faudra garder à l’esprit que des résistances en séries s'ajoutent.
Si je branche bout à bout 1Ω 0,1Ω 0,005Ω et 18,2Ω la résistance de l'ensemble sera la somme des résistances a savoir :
Rtotal = 1 + 0,1 + 0,005 + 18,2 = 19.305Ω

Maintenant que cette première partie est bien digérée, on va passer au sujet proprement dit la mesure de résistance.
Dans les exemples qui vont suivre on va chercher à mesurer la résistance (Rm) d'un machin gris entre les points A et B.

Avec pour commencer: Pourquoi ça fonctionne "mal" une mesure de R avec un multimètre quand on s'y prend comme cela? On dirait pourtant que c'est fait pour.

Rohmmetre
On mesure directement avec le multimètre en mode ohmmètre en plaçant les pointes en A et B.

Ce qu'il faut bien comprendre c'est que l'appareil dans ce mode de fonctionnement donne la valeur de la résistance qui sépare les 2 pôles de son module de mesure (bien cachés au fond du boitier) ; et que pour lui, à notre résistance (Rm) s'ajoutent celles des contacts des fiches bananes, des fils de mesure, des contacts entre les pointes de mesure et la surface plus ou moins propre de notre échantillon à mesurer... et c'est la que se glisse le drame.

Dans le schémas suivant j'ai résumé toutes ces résistances perturbatrice en un seule valeur : Rad.

Rohmmetre erreur

Avec du bon matériel bien utilisé on tourne avec une valeur de Rad autour de 0,2et 0,3mΩ , et avec des fluctuations conséquentes selon le pression qu'on applique sur les pointes et autre. On dépasse souvent 1Ω si la surface est irrégulière, les contacts multimètres/fils son un peu sales...

Comme je le disais précédemment les résistances s’aditionnent, et si on a Rad de l'ordre de 1Ω et que Rm fait 10mΩ voire moins notre multimètre nous donnera une indication tournant autour d' 1,01Ω puisque c'est ce que voit l'appareil.

On comprend donc bien que ce dispositif ne permet pas de mesurer finement des contacts dont on espère bien que la valeur soit inférieure à 1Ω, en effet la valeur de ce que l'on mesure est noyée dans l'erreur que l'on fait en procédant ainsi, c'est tout le problème de ce type de mesure, et pour y remédier il faut utiliser une autre technique de mesure qui sera le sujet du prochain épisode.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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blueb17
Sloteur Fou

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Date du message : jeudi 10 décembre 2015 à 19h44


Merci pour ces explications claires. Cela veut dire tout de même qu'avec des mesures à 2 points entre 1 et 3ohms. Il y a une résistance trop élevée à l'endroit où l'on mesure 3 ohms?

Par contre, moi, je ne suis pas sur d'être clair avec ma question!

ma piste en vidéo : https://youtu.be/qYf53ryzir4

Message modifié le jeudi 10 décembre 2015 à 19h45 par blueb17

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : jeudi 10 décembre 2015 à 22h34


L'interprétation des résultats viendra après. Pour le moment on va soigner la mesure, parce qu'entre 1Ω et 3Ω c'est assez vague...

J'essaie de continuer rapidement.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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blueb17
Sloteur Fou

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Date du message : jeudi 10 décembre 2015 à 23h41


Ok, merci

ma piste en vidéo : https://youtu.be/qYf53ryzir4

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 11 décembre 2015 à 15h33


Bon maintenant qu'un sait pourquoi faut pas faire comme cela, on va voire comment on peut faire mieux.

On se souvient de la loi d'ohm : U=R.I
On cherche R

Le plus simple à mesurer c'est la différence de potentiel entre 2 points (ici en continu). Ça un multimètre le fait très bien. Donc si je me débrouille à faire circuler un courant I dans ce que je veux mesurer, il me suffit de mesurer la tension aux bornes V pour connaitre la résistance Rm = U/I .

C'est simple non?
R 4points

-1- Je fait circuler un courant (I) avec l'alimentation variable de la piste dans l'objet que je veux mesurer
-2- pour mesurer la résistance entre A et B je mesure la différence de potentiel(V) entre A et B

-3- R = V/I avec : Rm en Ω(ohm) , V en V(volt) I en A(ampère)

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 11 décembre 2015 à 16h20


Bon c'est bien gentil tout ça mais vous n'êtes pas obligé de croire l'autre couillon qui vous raconte que cette méthode fonctionne! Non mais sans blagues!

Alors regardons ce qui se passe si mes fils et mes contacts de mesure sont mauvais : j'ajoute une Rad résumant les défauts dans les fils et les contacts du voltmètre ainsi :

4point_rad

Le courant I que nous injectons se répartit dans les 2 branches du circuit une partie va dans la branche Rm (nous l’appellerons Ir), l'autre passe dans la branche du voltmètre (nous l’appellerons Iv).

le courant injecté I est égal a la somme Ir+Iv (comme un débit qui se répartit entre 2 tuyaux)

le voltmètre à une très grand résistance, cela dépend des matériels, mais cela peut dépasser le MΩ (mégaohm=1milion d'Ω).

Cette résistance très élevée devant ce que nous mesurons (Rm) donne un résultat qui nous intéresse beaucoup : le courant qui passe dans le voltmètre (Iv) est suffisamment petit pour que nous le considérions comme nul (je peux lancer les calculs mai ce n'est pas passionnant).

On a donc I=Ir+Iv=Ir

La conséquence de tout ceci est que la tension aux bornes de Rad qui est Rad.Iv=0

Uad=Rad.Iv = 0 puisque Iv est nul

Notre mesure est donc insensible à la qualité des contacts de nos pointes de mesure, à la longueur des fils de mesure... Avec un dispositif bien pensé et un multimètre de base on peut mesurer en dessous d'1Ω sans problèmes.

Attention : Il y a un point qui exige la plus grande prudence quand même. Telle que présentée ici on fait passer le courant I dans un quasi court circuit, ce n'est pas une très bonne idée. Il est préférable de mettre une résistance en série avec le générateur de courant, la résistance d'un accélérateur fera parfaitement l'affaire.

Dans le prochain épisodes, je vais passer au cas pratique, donner des ordres de grandeur pour I et parler des différents composant à utiliser pour ne pas tout cramer et éviter de prendre des châtaignes. Certains utilisent des alims puissantes, il faut donc faire un peu attention quand même car une alim 20V 10A ça peut faire des grosses chatouilles si on fait une boulette.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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Ju_bil
Sloteur Fou

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Date du message : vendredi 11 décembre 2015 à 16h22


N'hésitez pas si vous avez des questions, j'ai essayé de faire clair et simple, donc court, et j'ai peut être fait des raccourcis trop raccourcis justement... Donc n'hésitez pas je peux apporter des détails si besoin.

Ju bil

Le BraxeanSlotRing

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tintin
Bargeots

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Date du message : vendredi 11 décembre 2015 à 17h47


Merci Professeur Ju Bill pour ces belles explications utiles!!!

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