Mesure de l’épaisseur d’un film plastique

Présentation au sujet: "Mesure de l’épaisseur d’un film plastique"— Transcription de la présentation:

1 Mesure de l’épaisseur d’un film plastique
« Vous disposez de rouleaux de film alimentaire et d’aluminium. Vous devez déterminer l’épaisseur du film plastique de deux manières en vous appuyant sur les éléments ci-dessous trouvés sur Internet. » D’après le site ( Permittivité et calcul condensateur plan S: Surface en regard d: Distance entre les armatures Permittivité du vide Permittivité relative isolant Ces valeurs sont approximatives et peuvent varier nettement en fonction de la fréquence, de la température, de l'hygrométrie voire de la pression atmosphérique. La permittitivité est appelée également constante diélectrique. air 1 paraffine 2.2 porcelaine entre 5 et 6 bakélite 5 PVC stéatite 5.8 caoutchouc 4 plexiglas 3.3 styroflex 2.5 caoutchouc siliconé 4.2 polyester teflon 2.1 carton polyéthylène 2.25 verre entre 5 et 7 papier 2 polypropylène stratifé-verre-époxy papier bakélisé polystyrène 2.4 mica 6 André Deiber Lycée Kléber Strasbourg

2 Première méthode: réalisation d’un condensateur
Un condensateur est réalisé à l’aide de deux électrodes en aluminium ménager. Il suffit de prendre soin de la découpe d’une des deux électrodes afin de pouvoir déterminer son aire. Comme les effets de bords sont totalement négligeables, le film alimentaire et la seconde électrode peuvent être plus grands sans que cela modifie la valeur de la capacité. Ceci demande un échange avec les élèves lors de la discussion collective de mise au point du protocole expérimental. La détermination de la capacité doit être menée de deux manières: capacimètre et étude d’un régime transitoire via une carte d’acquisition ou un oscilloscope. Les données qui suivent correspondent à une électrode de 20cm X 20cm.

3 La capacité du condensateur dépend de la pression exercée sur les électrodes
La capacité varie fortement avec la pression exercée sur l’électrode. Il suffit d’appuyer avec les mains pour s’en rendre compte. En posant un livre, la capacité est décuplée. Elle augmente encore en rajoutant les masses de 5kg. Cette augmentation de pression est toute relative (2500 Pa en plus!). Ceci met en évidence l’importance au facteur « espacement des électrodes ». On peut relier cette observation aux capteurs capacitifs (Clavier à touches capacitives par exemple). Elle explique aussi la fluctuation très nette de la capacité particulièrement si la pression est « faible » . En prenant comme valeur celle correspondant à la pression la plus forte, on trouve un espacement inter électrodes de 60µm environ.

4 Etude du régime transitoire: film alimentaire pour diverses pressions
Le condensateur sandwich est mis en série avec une résistance de 10kW. La modélisation des données par un régime transitoire du premier ordre est excellente. La courbe modèle est « cachée » par les points expérimentaux. On peut quand même relever des écarts faibles mais significatifs entre les deux méthodes de déterminations de capacité. A ce stade, c’est l’occasion d’aborder la précision de cette mesure en dégageant toutes les sources d’erreurs dans les deux protocoles…..même si la surprise est au rendez vous en fin de TP.

5 Etude du régime transitoire: film alimentaire et sachet de supermarché à forte pression
La comparaison des régimes transitoires entre un film étirable et un sachet de supermarché montre que l’épaisseur du film alimentaire est beaucoup plus faible que celle d’un sac de courses du supermarché. On peut aussi remarquer que la résistance de fuite de ces deux isolants est élevée. Il n’en est pas de même si on utilise un sac poubelle fin de couleur noire pour lequel on observe rapidement l’apparition de microcontacts entre les électrodes, ce qui peut s’expliquer par la charge ajoutée à ce type de matière plastique.

6 Mesure de l’épaisseur au Palmer
La mesure de l’épaisseur peut aussi se faire au Palmer: « Micromètre palmer: Instrument servant à mesurer l’épaisseur ou le diamètre de pièces relativement petites . » Une mesure sur une épaisseur est très en deçà de la précision du Palmer. Il faut replier la feuille de film étirable à plusieurs reprises On peut craindre que cette mesure de distance soit fortement affectée par le serrage de la vis. Il n’en est rien si on se limite à un serrage raisonnable, car on peut remarquer que la mesure est bien proportionnelle au nombre de feuilles coincées entre les touches du Palmer. La photographie correspond à 16 feuillets de film alimentaire, ce qui donne une épaisseur entre 12 et 13µm. Cette valeur diffère très sensiblement de la mesure capacitive. Même à pression « élevée» (comme signalé, tout est relatif), il subsiste des bulles d’air emprisonnées qui augmente notablement l’espacement moyen.