Le mesure du temps par l'oscillation électrique
SCIENCES ET TECHNIQUES
+ DE 2 ANS
Le 13/05/2008 à 10h00
246 vues
Question d'origine :
Premièrement, Bonjour et Merci pour votre service.
Dans le cadre d'une recherche approfondie sur la mesure du temps je me suis penché sur l'utilisation des oscillations d'un circuit électrique comme base de temps.
Je cherche a obtenir des informations plus technique concernant ces utilisation et la mise en place de tels systèmes.
J'ai modélisé un circuit oscillant simple par des dipôles RLC (Résistance, Inductance (L) [ou bobine] et Condensateur [ou capacité]) monté en série.
Ce circuit soumis à un échelon de tension entre en résonance et crée une oscillation.
Cependant, une perte d'énergie par effet joule au niveau de la résistance (transformation d'une partie de l'énergie électrique en chaleur) entraine une perte progressive de ces oscillations.
Je cherche a connaitre les différents montage me permettant d'entretenir ces oscillations. Je sais qu'il existe un montage dit résistance négative qui permet de réinjecter l'énergie perdu dans le circuit.
Auriez vous plus de précision sur des circuits de ce types ? J'ai trouvé des montages utilisant des AO (Amplificateur Opérationnel aussi noté ALI) mais j'aimerais savoir s'il existe d'autres montages de ce type utilisant d'autres composants qu'un AO.
Dans l'industrie des montres il est souvent question de Quartz, un composant électronique utilisant l'effet piézoélectrique inverse du quartz qui réside dans sa possibilité de se déformer lorsqu'il est soumis à un champ électrique (ou différence de potentiels).
Ceci est une définition sommaire, j'aimerais avoir plus de précision sur son fonctionnement propre, ainsi que son utilisation dans un circuit.
Je m'explique, je souhaite en connaitre d'avantage sur l'utilisation de cette propriété piézoélectrique pour obtenir une oscillation électrique.
Quels sont les différents montages (simples ) dans lequel on peut utiliser un quartz ? Comment fonctionnent-ils réellement ? Que désigne électroniquement le terme de résonateur à quartz ? Dans un circuit, faut-il fournir un courant alternatif (déjà oscillant, sinusoïdal) ou continu ? Dans ce cas, où est l'intérêt du Quartz ?
En fait, tout ce que vous pourrez m'apprendre sur ce composant.
J'ai lu certaines choses qui laissent entendre que le quartz agit comme un régulateur qui ne résonne qu'à la bonne fréquence. Seulement, tous les électroniciens confirmés dont j'ai lu quelques interventions sur divers forum disent que jamais ils n'ont entendu parler de quartz comme régulateur...
En bref, je suis un peu perdu.
Outre ça, par rapport aux horloge atomique, je crois savoir que l'on utilise la fréquence des ondes émises par le passage d'un état à un autre d'un certain atome. Il me semble que cette fréquence très particulière est ensuite utiliser pour la comparer à l'oscillation d'un quartz et effectuer des corrections sur l'oscillateur à quartz afin d'éviter toute 'dérive' du système. L'horloge atomique n'aurait donc d'atomique que le 'régulateur' ?
Est-ce juste ? Avez vous plus de précision ?
Encore une dernière petite chose, sur un plan historique, avez vous quelques informations sur les origines des subdivisions du temps, les secondes, les minutes, les heures etc... ? Les jours et année sont assez logiques.. Mais pourquoi 24 heures dans une journée ? Pourquoi utiliser un système à base 60 pour les minutes et les seconde, alors que l'on retombe dans un système à base 10 dès le dixième de seconde...
Je me rend compte du travail que ces recherches engendre, pour ne l'avoir que trop entrepris.
Je vous remercie d'avance pour toutes les réponses que vous pourrez me fournir. Si certaines questions restent sans réponses, eh bien soit.
Encore merci..
Arthur.
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 15/05/2008 à 09h49
Montages dits résistance négative
Voici quelques sites qui vous aideront dans vos nombreuses recherches :
- oscillateur RLC muni d'une résistance négative
- ce cours sur le circuit LRC
- ce cours de physique
- et cet autre cours de l'Université de Strasbourg
Quartz et effet piézoélectrique
Dans l'industrie des montres il est effectivement souvent question de quartz. Pour répondre de manière globale à la dizaine de questions que vous vous posez à propos de ce fonctionnement, nous vous conseillons ce livre qui, comme son titre l'indique
Quartz régulateur
Le terme de régulation est utilisé dans beaucoup de domaines différents et c’est probablement pourquoi selon les spécialités le quartz gagne ou perd sa qualité de « régulateur ». Si l’on reprend la définition générale de régulation : « la régulation est l'ensemble des techniques permettant le maintien de la constance d'une fonction. ». En ce sens, le quartz est un organe régulateur car il peut être un composant essentiel dans la transformation d’un mouvement irrégulier en un mouvement régulier. Il est toutefois plus commun de voir le quartz qualifié de d’oscillateur comme ici ou encore sur ce site.
Enfin, le quartz peut être associé à la qualité de résonateur (stabilisateur et filtre de fréquence) lorsqu’il est utilisé au sein d’un montage de ce type (notamment en électronique et en électricité). Vous trouverez plus de précisions dans le quartz et autres minéraux de la silice .
Horloges atomiques
Voici quelques extraits d’un article des Techniques de l'ingénieur (
Les oscillateurs électroniques, [...], constituent des références de fréquences stables sur des temps courts, mais leur sensibilité à l'environnement et les phénomènes de vieillissement ne leur permettent pas de conserver une fréquence stable à long terme. De plus, c'est un élément macroscopique, le résonateur, qui fixe la fréquence du signal généré. Même en apportant une très grande attention à la réalisation du résonateur, cette fréquence sera entachée des incertitudes sur la détermination exacte de la géométrie du résonateur et des propriétés physiques du matériau qui le compose. Un oscillateur à résonateur macroscopique ne saurait être exact.
-Transition atomique entre deux niveaux E1 et E2 provoquée par une onde de fréquence
Dans une horloge atomique, on exploite une transition entre deux niveaux d'énergie E1 et E2 d'une espèce atomique (figure 31 ). Une telle transition a lieu à une fréquence précise ν0 fixée par :
hν0 = E2 − E1
avec h = 6,6262.10-34 J • s constante de Planck.
La fréquence de l'horloge est donc liée aux propriétés microscopiques de la matière. L'exactitude de l'horloge n'est donc plus limitée par des mesures dimensionnelles ou par la détermination des caractéristiques des matériaux.
À ce jour, aucune variation des propriétés des atomes, en fonction du temps ou du lieu, n'a pu être mise en évidence. Une transition atomique constitue donc une référence de fréquence universelle et pérenne. Pour construire un étalon atomique de fréquence, on choisit une espèce atomique ou ionique (éventuellement moléculaire) présentant une structure simple et des fréquences de transition accessibles par des techniques électroniques bien éprouvées. Ces conditions sont réalisées pour l'hydrogène et pour certains isotopes d'atomes alcalins dits « hydrogénoïdes », comme le Césium 133 (133Cs), le Rubidium 87 (87Rb). Très schématiquement, ces différents atomes sont constitués d'un « noyau » plus massif, constitué du noyau atomique lui-même et du nuage des électrons appairés qui remplissent les couches électroniques les plus basses. La structure énergétique des atomes alcalins (figure 32 ) est similaire à celle de l'hydrogène. L'état fondamental possède une structure hyperfine constituée de deux niveaux d'énergie qui résultent de l'interaction entre le moment magnétique de l'électron célibataire et celui du noyau. Le tableau 3 donne les fréquences de résonance hyperfine de l'état fondamental des éléments les plus utilisés dans les horloges atomiques. Les performances des horloges à jet de césium ont permis, en 1967, de relier la définition de la seconde à la fréquence de transition du césium 133 et, ainsi, de remplacer l'ancienne définition de la seconde basée sur des observations astronomiques.
A consulter également un autre article : dans le dossier «
Origines subdivisions du temps
Concernant votre recherche d'informations sur les origines des subdivisions du temps, une question similaire a déjà été posée au guichet du savoir.
Vous pouvez consulter la réponse du département Sciences et techniques en cliquant ici, là ou encore à cet endroit là mais aussi par ici. Pour plus de renseignements vous pouvez également aller sur ce site, très complet en ce qui concerne les informations sur les unités de mesure.
DANS NOS COLLECTIONS :
Ça pourrait vous intéresser :
Commentaires 0
Connectez-vous pour pouvoir commenter.
Se connecter