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Les instruments Scientifiques

du lycée Bonaparte Autun

Classe Sciences et Patrimoine 2017-2018

IsabelleThibaudet

Électricité

Galvanomètre Deprez D'Arsonval

Galvanomètre Deprez D'Arsonval

Lorsqu’on fait passer un courant dans l’appareil ,le cadre tourne d’un certain angle, dans un sens ou dans l’autre selon le sens du courant. Il tend à se déplacer perpendiculairement aux lignes de force jusqu'à atteindre une position stable. On mesure la valeur de l’angle de déviation directement sur la règle graduée. Le galvanomètre permet ainsi de déterminer la valeur de l’intensité d’un courant électrique grâce à l’effet électromagnétique de ce dernier.

Vieil ampèremètre

Vieil ampèremètre

Un ampèremètre mesure l'intensité circulant de la borne + vers la borne - en tenant compte de son signe.

En général, l'aiguille des ampèremètres analogiques ne peut dévier que dans un sens. Cela impose de réfléchir au sens du courant et impose de câbler l'ampèremètre de manière à mesurer une intensité positive : on vérifie alors que la borne + de l'ampèremètre est reliée au pôle + du générateur et que la borne - de l'ampèremètre est reliée au pôle - du générateur.

Emetteur morse

Emetteur morse

Dès que l’opérateur appuie sur la poignée, le circuit série pile-levier-fil de ligne-récepteur de l’autre poste est fermé ; le courant délivré par la pile circule donc jusqu’au récepteur de l’autre poste. Suivant la durée du contact entre la vis et le butoir, des traits plus ou moins longs sont tracés sur le rouleau du papier du récepteur.

Quand le levier est soulevé, le contact est établi à la partie postérieure.

Le manipulateur sert dans ce cas à recevoir le courant de ligne et à le transmettre au récepteur et donc à recevoir les messages.

Croix de Malte

Croix de Malte

On relie les deux bornes du tube de Crookes à une machine électrostatique qui délivre de très fortes tensions.

Une fluorescence verte va se former sur la paroi.

En outre, lorsque la croix n’est pas horizontale, son ombre se détache sur la surface illuminée.

Cette lueur s’expliquerait par le fait que les électrons issus de la cathode circulent à très grande vitesse du fait de la forte tension. Lorsque des électrons percutent des atomes du verre, ils les excitent.

Le retour rapide à l’état fondamental s’accompagne d’une émission d’énergie sous la forme d’une fluorescence.

Chimie

Alambic Deroy à Chapiteau

Alambic Deroy à Chapiteau

Il y a un serpentin contenu dans un vase en cuivre et un tube en cuivre. Un ballon de verre sert de chaudière ( il est absent sur ce modèle). Le serpentin sert de réfrigérant ; le vase est monté sur un trépied. À cet ensemble sont ajoutés une éprouvette et un alcoomètre. Le liquide passe donc d’un réservoir à l’autre. Sur l’éprouvette sont gravées deux divisions : l'une sert à mesurer le liquide à doser ; l'autre est destinée à évaluer le volume du liquide recueilli après distillation.

Vieux mortier

Vieux mortier

Le mortier est un récipient permettant de broyer des matières que l'on veut transformer en pâte ou en poudre grâce à l'action d'un pilon.

Appareil des vases communicants

Appareil des vases communicants

L’appareil complet est composé de tuyaux de même diamètre mais de formes différentes.(comme le tube droit (A), le tube sinueux (B), ou encore le tube incliné (C)).

Les tubes sont fixés soit sur un pied. On s’assure que l’ensemble de l’appareil n’est pas incliné.

On verse de l’eau dans le dispositif. On voit alors le liquide s’élève dans chacun de ces tubes, jusqu’à ce que les surfaces libres du liquide soient à la même altitude quelque soit la forme du tube.

Vieille Cornue

Vieille Cornue

La cornue est un récipient utilisé dans un laboratoire de chimie pour la distillation .

Il est généralement en terre, il est ici en grès. Il comprend un vase sphérique contenant la substance à chauffer et un long col étroit, courbé vers le bas. Celui-ci joue le rôle de condenseur ; un récipient placé sous son extrémité recueille les vapeurs condensées.

La cornue a été inventée par l'alchimiste Geber

De nombreux chimistes célèbres en firent usage, comme Antoine Lavoisier et Jöns Jacob Berzelius.

La cornue n'est pratiquement plus utilisée, du fait du développement de ballons et réfrigérants modernes.

Récipient florentin

Récipient florentin

La séparation des deux produits finis de la distillation (huile essentielle et hydrolat) se fait avec ce que nous appelons un vase florentin .

Il existe pas mal de variations et appareils, mais le principe est basé sur le fait suivant: les huiles essentielles ne se mélangent pas dans l'eau, ils y flottent ou alors se déposent sur le fond.

Le vase florentin permet de séparer eau et huile essentielle.

Acoustique

Tube de kundt

Tube de kundt

C’est un long tube de verre qui est fixé sur une planche de bois.

Il possède à ses deux extrémités des bouchons tenant une barre de fer qui peut se déplacer dans le tube.

Le tube contient de la poudre de lycopode et du gaz qu’il faut répartir. A l’aide d’un chiffon enduit d’acétone, frotter la tige. Un son de fréquence élevée est alors émis.

La tige est alors animée d'un mouvement vibratoire et entraîne les couches de gaz avoisinantes;ces vibrations se réfléchissent au fond du tube et se propagent vers la tige puis se réfléchissent ..etc.

Pour certaines positions de la tige, on constate que la poudre de lycopode se rassemble en tas équidistants. Dans ce cas, il s’est établi un système d'ondes stationnaires dont les ventres (où l’agitation de la poudre est maximale) et les nœuds (où la poudre reste immobile) sont nettement visibles. La distance (L) qui sépare les milieux de deux tas consécutifs est donc égale à la demi-longueur d'onde (λlambda/2).

Cet appareil sert donc à mesurer la vitesse du son dans un gaz.

Sonomètre différentiel de Marloy

Sonomètre différentiel de Marloy

On fait vibrer un diapason dont on connaît la fréquence de vibration. Au moyen d’une cheville, on tend une corde de manière à lui faire émettre une note à l’unisson ou à l’octave de celle émise par le diapason dont on connaît la fréquence de vibration.

On place le chevalet mobile sous la seconde corde que l’on fait vibrer. On trouve la position du chevalet tel que la note dont on veut connaître la fréquence soit à l’unisson de la note émise par la corde. On lit les noms des deux notes émises respectivement par les cordes et on compare leurs fréquences en utilisant la liste des fréquences rappelée ci-dessus. Comme celle de la note émise par le diapason est connue, on calcule celle recherchée.

Par ailleurs, en se servant de l’échelle métrique, on calcule la fréquence de la note à partir de la longueur de la partie vibrante de la corde.

Vibroscope de Duhamel

Vibroscope de Duhamel

On fixe à un diapason un stylet léger qui viendra enlever le noir de fumée.

On frappe le diapason qui émet un son. On l’approche du cylindre pour que le stylet touche le papier. Puis en faisant tourner le cylindre, on déplace lentement le diapason, parallèlement à l’axe. On mesure la durée de l’expérience avec un chronomètre. Une sinusoïde s’inscrit sur le papier. Après avoir déroulé la feuille, on interprète le tracé en déterminant l’amplitude de cette onde et sa période dont on déduit la fréquence : f = 1/T.

Comme plusieurs courbes peuvent être tracées, on peut ensuite comparer et

en déduire l’influence de tel ou tel paramètre sur les ondes sonores.

On peut aussi étudier le son émis par un autre corps sonore, en appliquant la

même méthode que précédemment.

Tuyau sonore avec trou à glissière

Tuyau sonore à bouche à une face vitrée

On adapte le pied du tuyau à une soufflerie . On fait fonctionner la soufflerie jusqu'à ce que le tuyau sonore résonne à sa fréquence de résonance. On descend très lentement la membrane (saupoudrée de sable dans le tuyau.

On constate que les grains de sable soit restent immobiles soit sont projetés plus ou moins vivement par la membrane, les mouvements des grains de sable s’expliquant par les vibrations de l’air. On détermine alors les positions successives des « nœuds » (là où les grains sont immobiles) et des « ventres » (là où les grains sont les plus vivement projetés) de l’onde sonore.

Métronome

Métronome

Un métronome est un instrument donnant un signal audible ou visuel permettant d'indiquer un tempo, vitesse à laquelle doit être jouée une musique.

Magnétisme

Double bobine de Faraday

Double bobine de Faraday

Il s’agit de deux bobines c’est-à-dire, comme leur nom l’indique, de deux enroulements de fil, chacun autour d’un cylindre isolant. Les fils sont en cuivre et sont recouverts d’un vernis. La plus large des bobines est creuse.La seconde bobine de plus faible diamètre, est également creuse et peut recevoir un faisceau de fils de fer douxLa bobine la plus large est fixée sur un pied en bois. L’autre bobine est munie d’un manche en bois afin d’en faciliter la manœuvre.On branche la plus large bobine à un galvanomètre et l’autre bobine aux bornes d’une pile. On introduit brusquement la seconde bobine dans la plus large bobine. On observe qu’il se produit un courant direct.Il s'agit du phénomène d'induction électromagnétique

Roue de Barlow

Roue de Barlow

Une roue dentée verticale en cuivre est disposée de la manière où sa partie inférieure touche en continu la surface d’un bain de mercure ; le mercure est placé dans une cuve en bois qui est elle-même entre les branches d’un aimant en fer à cheval. Le dispositif maintenant la roue est munie d’une borne. Une autre borne est fixée sur le support et communique avec le mercure. Lorsque on relit les bornes aux deux pôles d’une pile on peut constater que la roue tourne et que son sens de rotation change lorsque les pôles de la pile sont inversés et que sa vitesse de rotation augmente avec l’intensité du courant délivré.

En effet, la roue conductrice, traversée par un courant subit les forces de Laplace qui la font tourner.

Optique

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Polyprisme

Polyprisme

Il est constitué de 3 prismes de même forme mais constitués de verres différents.

On place successivement chaque prisme du polyprisme sur le chemin d’un rayon incident de lumière monochromatique. La lumière sera déviée différemment selon la nature du verre. Sur un écran, on observe les positions des rayons réfractés. On constate que le rayon incident est d’autant plus dévié que l’indice de réfraction est grand.

Prisme à angle variable

Prisme à angle variable

On verse de l’eau dans cette cuve ou tout autre liquide transparent.

On fait arriver un rayon lumineux sur l’une des faces (laser), en laissant immobile cette dernière pour maintenir l’incidence constante, on incline la face de sortie de plus en plus, l’angle du prisme croît et l’on voit augmenter la déviation du rayon lumineux émergent. Il permet de montrer différents phénomènes relatifs à la réfraction et à la dispersion d'un rayon lumineux qui traverse un prisme liquide. Une colonne montée sur un trépied supporte deux plaques semi-circulaires parallèles, elles-mêmes réunies par un fond horizontal. Deux glaces peuvent glisser à frottement, entre ces deux plaques, en tournant autour de charnières. On verse de l'eau à l'intérieur de l'appareil, de manière à former un prisme liquide dont on peut faire varier l'angle, qui se mesure sur des divisions tracées aux extrémités d'une des deux plaques.

A propos

du projet 2017-2018

A Propos

du projet 2017-2018

Projet

A propos du Projet 2017-2018

Le laboratoire de physique-chimie du lycée Bonaparte comprend encore de vieux instruments scientifiques, conservés souvent en haut des placards...

Ils constituent un patrimoine à exploiter avec les élèves, à mettre en valeur et à montrer au public d'où la création de ce musée virtuel.

Les élèves ont déposé des fiches d'inventaire sur le site ASEISTE ( Association de Sauvegarde et d’Etude des Instruments Scientifiques et techniques de l’enseignement). http://www.aseiste.org/

Ils ont participé à la nuit des musées 2018 au muséum d’histoire naturelle où ils ont reconstitué un cabinet de curiosités et où ils ont réalisé des expériences devant le public avec ce matériel.

I.Thibaudet

Liste des élèves

Liste des élèves ayant participé au projet

ABORD Leonard

ALEXANDRE Alaïs

ALEXANDRE Tom

BERTHAULT Antoine

BERTHAULT Maxime

BORDALO Eléa

COLLE Thomas

CREA Enzo

DARLEY Martin

DELMER Maximilien

GARNIER Alex

HAMON Juliane

JEANNIN Laurine

JULES Marie

KIELBASA Florian

KOSEOGLU Méliké

LAROCHE Marie

MARLOT Amélie

MEGHZAOUI Jassem

MOUROT Alan

NICOLARDOT Zoe

PILLOT Florian

SIMONNET Luc

TACNET Eliott

VAN DER LINDEN Dorette

Pesanteur/Mécanique/Mesure

Machine d'Atwood

Machine d'Atwood

Elle se compose essentiellement d’une poulie très mobile et légère sur laquelle s’enroule un fil très fin portant à ses extrémités deux cylindres de masses parfaitement égales. L'un, se meut devant une règle graduée qui permet de mesurer les distances parcourues, tandis qu’un métronome (ou un pendule sur certains modèles), donne la durée pendant laquelle le mouvement s’est effectué.

On peut ainsi montrer avec cet appareil la loi des vitesses à savoir que les vitesses acquises par un corps qui tombe librement dans le vide sont proportionnelles aux durées de chute.

Balances de Précision

Balances de Précision

La balance est dorée. Elle est placée dans une boîte vitrée ayant un tiroir ou sont placés les poids.Elle possède un mécanisme déclenché par un bouton qui permet de soulever les plateaux.

Pour faire fonctionner la balance, enlever la vitre, tourner le bouton pour soulever les plateaux et mettre des poids sur les plateaux de la balance qui va pencher du côté le plus lourd.Elle sert donc à peser avec précision.

Centrifugeuse

Centrifugeuse

Cet objet est composé de deux parties : la zone avec les tubes à essais qui est en forme d’hélice et en dessous, la zone avec les rouages, qui actionnent la manivelle placée sur le coté, entourés de métal.

Il est accroché à un socle en bois.

Pour faire fonctionner l’objet, il faut mettre du liquide dans les tubes à essais et actionner la manivelle pour faire tourner les portes-tubes afin de séparer deux espèces chimiques.

Vis d'Archimède

Vis d'Archimède

La vis d’Archimède ou pompe à spirale sert dans les travaux hydrauliques.

Lorsque l’on tourne la manivelle , de l’eau rentre dans la vis par l’extrémité inférieure. A chaque rotation, l’eau arrive dans la spirale du dessus. Quand l’eau arrive en haut de la vi,s elle tombe et coule dans le bac pour être à nouveau aspirée.

Appareil de la force centrifuge

Appareil de la force centrifuge

La force centrifuge, nom courant mais « abusif » de l'effet centrifuge, est un cas particulier de force fictive qui apparaît en physique dans le contexte de l'étude du mouvement des objets dans des référentiels non inertiels.

L'effet ressenti est dû aux mouvements de rotation de ces référentiels et se traduit par une tendance à éloigner les corps du centre de rotation.

C'est, par exemple, la sensation d'éjection d'un voyageur dans un véhicule qui effectue un virage.

Si on fait tourner la tringle autour d’un axe vertical, on voit les boules s’écarter vers les extrémités de la tringle horizontale.

Chaleur

Pyromètre à Levier

Pyromètre à Levier

On fixe l’une des tiges métalliques, l’aiguille pointant vers le zéro.

On enflamme de l’alcool versé dans le réservoir

Au fur et à mesure que la tige s’échauffe, on voit l’aiguille parcourir une partie du cadran. On en déduit que la tige s’allonge.

Quand on arrête le chauffage, on observe alors que l’aiguille parcourt petit à petit le cadran en sens inverse jusqu’à retrouver sa position initiale.

L’augmentation de la longueur de la tige par dilatation dépend du matériau utilisé.

Gaz

Briquet à air comprimé

Briquet à air comprimé

On enfonce progressivement le piston quasiment jusqu’en bas du tube, ce qui montre que l’air est très compressible.

Dès que l’on cesse d’appuyer sur le piston, on constate que celui-ci est repoussé jusqu'à l'orifice du tube.

Après avoir été fortement comprimé, l’air s’est donc détendu ;

Cette expérience prouve l'élasticité de l'air.

On fixe un morceau d'amadou à la base du piston.

Cette fois-ci, on opère très brusquement. On constate que l’amadou s’enflamme. En effet, la compression brusque du gaz s'accompagne d'un dégagement de chaleur.

D’où le nom de "briquet à air comprimé" donné à cet appareil.

Trompe à eau aspirante et soufflante

Trompe à eau aspirante et soufflante

On branche sur un robinet d’eau la tubulure.

L’air ou le gaz est alors entraîné par la tubulure et est ainsi aspiré. L’air ou le gaz est entraîné vers le réservoir ; il s’y sépare de l’eau et se comprime au-dessus de l’eau. Lorsque la tubulure est ouverte, l’air ou le gaz s’évacue sous pression.

La tubulure, à la partie supérieure du récipient, permet soit de comprimer soit de laisser échapper le gaz, suivant la position du robinet. La tubulure permet l’évacuation de l’eau.

Vieux baromètres

Vieux baromètre

Il s'agit d'une boîte métallique cylindrique vide d'air dans son intérieur. Sa face supérieure est ondulée pour lui donner une élasticité plus grande. Les variations de la pression atmosphérique entraînent des déformations plus ou moins importantes de cette face.

Hémisphères de Magdebourg

Hémisphères de Magdebourg

Il s’agit de deux hémisphères creux en laiton qui peuvent s’appliquer l’un contre l’autre. Leurs bords sont garnis d’une rondelle de cuir enduite de suif, ce qui permet un contact hermétique. Un des hémisphères porte un robinet qui permet de le visser sur une pompe à vide. L’autre un anneau qui sert de poignée. Initialement, on peut désolidariser les deux hémisphères.

On visse l’hémisphère sur la machine pneumatique. On pose le second hémisphère sur le premier .La machine pneumatique mise en route, l’air est raréfié dans les deux hémisphères. Puis, le robinet est fermé et l’ensemble des deux hémisphères dévissé. On constate alors qu’il est quasiment impossible de les séparer.

On ouvre le robinet ; l’air remplit les deux hémisphères que l’on peut séparer très facilement.

Électrostatique

Electroscope à paille

Electroscope à paille

Il est constitué d’une cloche en verre reposant sur un plateau en laiton et dont la tubulure livre passage à une tige en laiton terminée à l’extérieur par une boule métallique et à l’intérieur par deux pailles.

Lorsqu’on approche de la boule métallique un corps chargé (par exemple chargé négativement) , cette dernière agissant par influence sur l’ensemble boule -tige, repousse la charge négative vers les pailles. Celles-ci se trouvant ainsi chargées négativement se repoussent.

Bouteille de Leyde

Bouteille de Leyde

Pour charger la bouteille, il faut présenter la boule à l'un des pôles d'une machine électrostatique en fonctionnement dont l’autre pôle est relié à la terre.

Sa décharge est soit instantanée et violente, soit progressive. Dans le premier cas, on met en contact l’une des deux branches d’un excitateur simple avec l’armature externe puis on approche l’autre branche de la boule ; on observe alors une étincelle assez forte entre l’extrémité de la seconde branche et la boule. Dans le second cas, on pose la bouteille sur un « gâteau » de résine afin de l’isoler et on touche alternativement l’une et l’autre des armatures avec une tige métallique ; à chaque contact, on observe des étincelles de plus en plus faibles. Ces décharges montrent que des charges électriques s’étaient accumulées, sur les différents éléments de la bouteille.

Machine de wimshurst

Machine de Wimshurst

La machine de Wimshurst est une machine électrostatique inventée en 1882 par l'anglais James Wimshurst.

Cette machine est équipée de deux larges disques constitués de matériaux isolants et recouverts de secteurs métalliques. Les deux disques tournent en sens opposé l'un par rapport à l'autre dans un plan vertical, les connexions se font à l'aide d'un dispositif de balais à friction permettant ainsi de récupérer la charge et d'emmagasiner l'énergie dans les bouteilles de charges (principe du condensateur).

Lorsque la tension aux bornes du condensateur est importante, il est possible d’obtenir un arc électrique entre les deux sphères (nommées éclateurs).

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