expériences interactives : cahier des charges technique

il s’agit de réaliser 4 petites expériences interactives sur le thème du magnétisme. chaque expérience s’intègre dans un module de l’exposition nature magnétique en reprenant si possible les éléments graphiques de la scénographie.

première expérience : mise en évidence du magnétisme et du lien magnétisme/électricité

la première expérience présente un champ de plusieurs centaines de petites boussoles entre deux plaques de plexi (empêchant les aiguilles de sortir de leur axe lors du transport). au centre du champ, on dispose un électroaimant couché, qu’il est possible d’alimenter par un premier bouton : en alimentant l’aimant, les boussoles tracent les lignes de champ magnétique. en plus de l’aimant, on positionne sur (ou sous) les plaques de plexi des fils électriques de forte section, bien visibles, qui se croisent au centre de la plaque et incluent des leds pour signaler le passage et le sens d’un courant continu (assez fort pour perturber les boussoles). on alimente le courant au moyen de 2 boutons (un pour chaque fil). éventuellement, un 4ème bouton permet de faire passer un courant alternatif (dans un seul fil ou dans les 2) qui affolera les boussoles (à tester). dans tous les cas, on peut intervertir le sens du courant (5ème bouton) pour voir toutes les boussoles faire un demi tour. à inclure sous une demi-sphère de plexi?? rappel de la couleur du module (rouge framboise)??

deuxième expérience : moteur & amplification magnétique

la deuxième expérience présente 2 mécanismes inverses. le premier mécanisme démontre comment un courant électrique dans champ magnétique peut induire un mouvement (moteur électrique) : on utilise une toupie faites d’aimants qu’on alimente par un circuit électrique, ce qui provoque la rotation de la toupie. le circuit électrique se termine par un petit balai qu’on

vient mettre en contact latéral du gros aimant sphérique à la base de la toupie. un bouton (avec variateur) permettra d’alimenter le circuit (et de faire tourner la toupie plus ou moins vite) - un mouvement de translation latérale (avec butée) permettra de venir positionner le balai sur l’aimant sphérique. un interrupteur (avec led pour visualiser la présence et le sens du courant) permettra de changer le sens du courant (et donc de la rotation de la toupie). la toupie est soutenue par un axe pointu en acier, dont la pointe vient en contact avec l’aimant supérieur (frottement minimal). on peut prévoir une toupie plus complexe que celle illustrée plus haut (à tester). il faut sans doute entourer la toupie d’un carcan en plexi (légèrement plus large que la toupie elle-même) pour éviter qu’elle quitte son support (ou pour la remettre facilement en place si elle tombe, par exemple pendant le transport).

le deuxième mécanisme est une version modifiée de la dynamo de vélo (voir schéma ci contre). on fait tourner (au moyen d’une manivelle) une roue en cuivre (avec secteurs internes pour limiter les courants de Foucault) près d’un aimant permanent (fort), ce qui engendre (dans le circuit connecté au bord et centre de la roue) un courant qui alimente une rampe de diodes multicolores (de vert à rouge) visualisant l’intensité du courant: plus la manivelle tourne vite, plus le courant est fort - s’arranger pour que dans cette configuration, le courant maximal obtenu corresponde à une intensité moyenne sur la rampe de diodes. au moyen d’un interrupteur, on peut aussi alimenter, en parallèle de la rampe de diodes, un bobinage (fixe) aligné avec l’aimant permanent: ce bobinage forme un électroaimant qui va renforcer (ou annuler) le champ de l’aimant (suivant le sens de la rotation de la manivelle - à vérifier). il faut s’arranger (en trichant éventuellement au moyen d’un amplificateur de courant) pour que le champ produit par cet électroaimant soit comparable à celui de l’aimant permanent (prévoir aussi une diode dans ce circuit parallèle pour visualiser son activation). les champs cumulés de l’aimant permanent et de l’électroaimant induisent un courant plus intense qui amplifie à son tour le champ - au maximum de l’effet, on doit saturer la rampe de diodes. en alimentant/coupant le circuit parallèle (interrupteur), on active/supprime l’amplification du champ (pour une même vitesse de rotation de la manivelle) ; en tournant la manivelle dans l’autre sens, on atténue l’effet de l’aimant permanent. dans les 2 cas, l’effet est directement visible sur la rampe de diodes.

roue en cuivre avec secteurs (actionnée par une manivelle)

aimant permanent fort

électro-aimant

rampe de diodes-

+

prévoir une expérience bien rigide et solidement accrochée pour que le mouvement de la manivelle ne détache pas la toupie de son support. prévoir une coque différente des autres expériences avec un rappel de couleur du module (orange)

troisième expérience : force magnétique - lévitation & ferrofluide

la troisième expérience montre aussi deux phénomènes.

le premier phénomène est la lévitation diamagnétique d’un plaque de graphite pyrolytique sur un bloc de 4 aimants de polarités alternées . cette expérience est statique et n’a besoin d’aucune alimentation en courant. prévoir un couvercle pour le transport de l’expérience (voir par exemple ce lien) pour protéger la plaque de graphite.

le deuxième phénomène est l’effet du champ magnétique sur du ferrofluide: on verse plusieurs flacons de ferrofluide dans une sphère de verre ou dans une éprouvette (on peut aussi utiliser du plexi s’il n’est pas sali de manière irréversible par le ferrofluide - à tester). on place un électroaimant sous la sphère, qu’on peut allumer/éteindre (avec un interrupteur) et dont on peut faire varier la distance au ferrofluide (avec un variateur). le ferrofluide va se hérisser avec le champ, différemment suivant la distance de l’aimant.

les deux expériences sont assez réduites en taille; il faut donc bien les mettre en valeur, par exemple montées côte à côte chacune dans un globe (comme une base lunaire?), avec un jeu de lumière approprié. rappeler la couleur du module (jaune).

quatrième expérience : les champs magnétiques au quotidien

la quatrième expérience présente un four à micro-onde de petite taille dont la porte est condamnée et qu’on ne peut qu’allumer et éteindre. on peut mesurer le champ électromagnétique engendré par le micro-onde avec un détecteur de champ

électromagnétique du commerce. ce détecteur est fixé au micro-onde par un flexible semi-rigide dont on peut changer la forme et la configuration. proposer également, sur un autre flexible attaché au micro-onde, une borne wifi?? indiquer que le visiteur peut tester son portable éteint et allumé en l’approchant plus ou moins du détecteur. bien s’assurer de la solidité des flexibles et des attaches. trouver une décoration marrante (reprenant la couleur du module: vert) pour le micro-onde, genre martien avec des yeux, une bouche et des antennes (les flexibles) au bout desquelles sont fixés le détecteur de champ magnétique, la borne wifi, les instructions d’utilisation (par exemple: “je peux tester votre téléphone portable”).