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Mai
27

Vitesse de la lumière et four microonde : ça marche ou ça ne marche pas ?

Ce billet expérimental fait suite à un billet précédent,  « Peut on vraiment mesurer la vitesse de la lumière avec un four microonde et du chocolat », où j’expliquais pourquoi on ne pouvait pas mesurer simplement la vitesse de la lumière dans un four microonde. En pratique, il reste troublant de constater que parfois, cette expérience « marche » bien mieux que ce que l’on pourrait penser. Pour en avoir le coeur net, j’ai pratiqué quelques expériences dans ma cuisine et j’invite tous les lecteurs de ce blog à faire de même et à poster leurs résultats (photos et mesures) en commentaire de ce message.

Les questions sont les suivantes :

  1. quelle est la structure des modes dans votre four à microonde ?
  2. quelle valeur de la vitesse de la lumière déduisez vous de votre expérience ?

Expérimentons avec de l’emmental râpé

Rappelons rapidement le principe de l’expérience :

 

  1. Surelever la plateau tournant, et/ou enlever le mécanisme qui le fait tourner.
  2. Placer dans le plateau un corps qui contient de l’eau et dont l’échauffement produit un effet nettement visible : chocolat, marshmallow, blanc d’oeuf, fromage rapé, …
  3. Faire fonctionner le four assez longtemps pour voir les effets de l’échauffement, mais pas trop longtemps pour que tout n’ai pas fondu.
  4. Observer la trace de la structure des ondes stationnaires et mesurer la distance entre deux ventres pour en déduire la vitesse de la lumière.

Pour expérimenter, j’ai choisi d’utiliser de l’emmental râpé deposé sur du papier. Le premier avantage est qu’avec relativement peu de matière (afin de perturber le moins possible la répartition des ondes dans le four), on peut visualiser une grande surface (sur toute la largeur et la profondeur du four). En outre, la matière grasse qui suinte lorsque l’emmental fond est absorbée par le papier  qui devient alors sombre. Les zones fondues sont ainsi visibles sans aucune ambiguité.

Visualisation des ondes stationnaires dans un four microonde à l'aide d'emmental râpé.

Voici ce que j’ai obtenu de meilleur pour l’instant. Première constatation : comme attendu le chauffage n’est pas homogène. Nous sommes bien en présence d’une onde stationnaire. Deuxième constatation : cette onde stationnaire a une structure à deux dimensions. Cette structure est toutefois difficilement reconnaissable. Troisième constatation : la répartition des taches n’est pas particulièrement régulière et il n’est pas vraiment possible de faire une mesure autre que qualitative à partir de cette expérience.

A vous de jouer : postez vos photos ou résultats de manip en commentaire de ce billet afin de voir si certains fours sont plus ou moins adaptés à l’expérience.

Un peu de thermographie

L’utilisation d’une caméra de thermographie, permet d’obtenir une visualisation meilleure. Cet instrument détecte le rayonnement infrarouge émis dans la gamme de longueur d’onde de 10 micromètres. Comme la quantité de rayonnement émise est d’autant plus grande que la température est élevée, cela permet de mesurer la température à distance. Apres diverses tentatives infructueuses, la procédure suivie était la suivante :

  1. Découper un rectangle de carton ondulé aux dimensions intérieures du four. (Le carton absorbe peu les microondes et c’est un matériau qui se tient lorsqu’il est humide en surface)
  2. Avec un brumisateur, humidifier une face du carton de manière uniforme et enlever le trop plein avec un essuie-tout
  3. Placer dans le four microonde et faire fonctionner une vingtaine de secondes
  4. ouvrir la porte et prendre immédiatement une image de thermographie (ça refroidit très vite)

Voici les résultats

Image 1 : Le carton est horizontal, au milieu du four (Photo J.M. Courty / UPMC)

Image 2 : Le carton est horizontal, au milieu du four (Photo J.M. Courty / UPMC)

L’expérience reproduite plusieurs fois (avec un nouveau carton à chaque reprise) donne des résultats reproductibles. La structure n’est pas celle d’une onde à une dimension et en fait il est difficile de reconnaitre le mode excité. Si l’on compare à la visualisation faite avec le fromage rapé, on reconnait la forme (attention pour le fromage, la feuille ne couvrait pas toute la surface).

Image 3 : Le carton est horizontal, en bas du four (surélevé de 5 centimètres par rapport au fond) (Photo J.M. Courty / UPMC)

A quelques centimètres du bas du four, la répartition spatiale de la microonde dans un plan horizontal est notablement différente de ce qu’elle est au milieu du four. On notera que si l’on cherche à mesurer la vitesse de la lumière, on peut trouver au milieu du four des taches dont les maxima sont distants d’environ 6 centimetres (la demi longueur d’onde). Ce n’est plus le cas si l’on se place en bas du four.

Image 4 : Le carton est vertical, au milieu du four (Photo J.M. Courty / UPMC)

Avec cette méthode on peut aussi visualiser la répartition de l’onde dans un plan vertical. Dans ce plan, la répartition n’est pas uniforme, mais on notera que les variations sont essentiellement selon un axe horizontal. Le champ varie beaucoup moins dans la direction verticale.

Ces expériences montrent que la structure de ondes stationnaires dans un four microonde n’est pas simple, mais reste accessible à l’expérimentation.

Pour en savoir plus. La chronique « Idées de Physique » du numéro de Pour la science de juin est consacrée à ce sujet.

2 commentaires

  1. Louis Peralta a dit :

    Bonjour.
    Pour la paix dans les ménages je conseille d’utiliser pour l’expérience, au lieu d’une tablette de chocolat ou de l’emmental râpé, une simple feuille de carton mouillé. L’eau sèche dans les ventres; c’est très visible et plus propre qu’avec d’autres substances. De plus, on peut mettre la feuille verticale, ce qu’on ne peut pas faire avec le fromage.

    J’ai fait moi même la manip il a quelques années et les résultats « étaient trop beaux pour être vrais ». Si ça n’avait pas été moi, j’aurais pensé qu’on avait trafiqué les résultats !
    Cordialement,

  2. Hugues CREPIN a dit :

    Merci pour le truc de vaporiser. Je n’y arrivais pas avec un carton imbibé, maintenant je comprends pourquoi, non seulement il ne tient plus, ça bave trop et je prenais dans le bas, là où la visulation est assez médiocre.

    ps: avec le chocolat, si l’on exagère avec la température, ça crée des bulles qui explosent et bonsoir pour le nettoyage surtout si il y a une grille pour faire grill …

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