® CASSY Lab Guide utilisateur (524 203) 2 CASSY Lab Copyright Le logiciel activé ne peut être utilisé que par l'acheteur et uniquement pour le cours donné par l'éta- blissement scolaire ou l'institut de formation concerné! Cela inclut l'utilisation pour la préparation du cours à la maison. La transmission du code d'activation à des collègues travaillant dans d'autres établissements est illi- cite. La société LD Didactic GmbH se réserve le droit d'agir par voie de justice en cas d'atteintes à cette réglementation. CASSY® est une marque déposée de la société LD Didactic GmbH. Auteurs du guide utilisateur Dr. Michael Hund Dr. Karl-Heinz Wietzke Dr. Timm Hanschke Dr. Werner Bietsch Dr. Antje Krause Frithjof Kempas Christoph Grüner Mark Metzbaur Barbara Neumayr Bernd Seithe Graphiques Oliver Nießen Traduction Corine Fleuret Version 21/09/2007 www.ld-didactic.com CASSY Lab 3 Sommaire Introduction ................................................................................................................ 8 Informations importantes après l'installation de CASSY Lab ...............................................................8 Logiciel individualisé pour CASSY-S ....................................................................................................9 CASSY Lab ........................................................................................................................................ 10 Mesure ............................................................................................................................................... 14 Mesure (adaptateur AMC) ................................................................................................................. 16 Changer la représentation en tableau ............................................................................................... 17 Exploitations graphiques .................................................................................................................... 18 Addition / soustraction de spectres (adaptateur AMC) ...................................................................... 24 Courbes de Gauss et taux de comptage (adaptateur AMC) ............................................................. 24 Paramétrages ........................................................................................................... 25 Paramétrages CASSY ....................................................................................................................... 25 Paramétrages Paramètre/Formule/FFT ............................................................................................. 26 Paramétrages Représentation ........................................................................................................... 27 Paramétrages Modélisation ............................................................................................................... 28 Paramétrages Commentaire .............................................................................................................. 29 Paramétrages Généralités ................................................................................................................. 29 Notation de la formule ............................................................................................. 31 Exemples de formules ....................................................................................................................... 35 Sensor-CASSY ......................................................................................................... 36 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 37 Paramétrages entrée du capteur ....................................................................................................... 38 Grandeurs mesurées entrée du capteur ............................................................................................ 39 Corriger entrée du capteur ................................................................................................................. 45 Paramétrages relais/source de tension ............................................................................................. 46 Power-CASSY .......................................................................................................... 47 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 48 Paramétrages générateur de fonctions ............................................................................................. 49 Profi-CASSY ............................................................................................................. 50 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 51 Paramétrages entrée analogique ...................................................................................................... 52 Paramétrages sortie analogique X (générateur de fonctions) ........................................................... 53 Paramétrages sortie analogique Y .................................................................................................... 54 Paramétrages entrée/sortie numérique ............................................................................................. 54 CASSY-Display ........................................................................................................ 55 Collecteur de données ....................................................................................................................... 55 Pocket-CASSY ......................................................................................................... 56 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 57 Utilisation de Pocket-CASSY ............................................................................................................. 58 Mobile-CASSY .......................................................................................................... 59 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 60 Utilisation de Mobile-CASSY ............................................................................................................. 61 Joulemètre et wattmètre ......................................................................................... 62 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 64 Instrument de mesure universel Physique ............................................................ 65 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 66 Instrument de mesure universel Chimie ................................................................ 67 Caractéristiques techniques............................................................................................................... 68 www.ld-didactic.com 4 CASSY Lab Autres appareils série ............................................................................................. 69 ASCII, balance, VidéoCom, détecteur de position à infrarouge, MFA 2001 ..................................... 69 MetraHit .............................................................................................................................................. 70 Thermomètre...................................................................................................................................... 70 Spectrophotomètre numérique .......................................................................................................... 71 Appareils de mesure portables et collecteur de données .................................................................. 71 Table tournante pour antenne............................................................................................................ 71 STM (Système Modulaire pour Travaux pratiques) .............................................. 74 Mouvement uniformément accéléré - Diagramme distance-temps ................................................... 75 Loi d'Ohm ........................................................................................................................................... 77 Association de résistances en série .................................................................................................. 79 Association de résistances en parallèle ............................................................................................. 81 Réglage de la tension avec un potentiomètre ................................................................................... 83 Principe du pont de Wheatstone ........................................................................................................ 85 Influence sur le taux de comptage de la distance entre la source de rayonnement et le compteur . 87 Exemples d'expériences en physique ................................................................... 89 Mouvements uniformes entre deux barrières lumineuses ................................................................. 92 Mouvements accélérés entre un aimant de maintien et une barrière lumineuse .............................. 94 Mouvements avec la roue à rayons (définition du newton) ............................................................... 96 Mouvements sur le banc à coussin d'air (équation du mouvement de Newton) ............................... 98 Conservation de la quantité de mouvement et de l'énergie (choc) ................................................. 100 Conservation de la quantité de mouvement par la mesure du mouvement du centre de gravité ... 103 Action=Réaction par la mesure des accélérations (choc) ............................................................... 105 Chute libre avec une échelle g......................................................................................................... 107 Chute libre avec une échelle g (avec modélisation) ........................................................................ 109 Mouvements de rotation (équation du mouvement de Newton) ...................................................... 111 Conservation du moment cinétique et de l'énergie (choc entre deux corps en rotation) ................ 113 Force centrifuge (bras pivotant) ....................................................................................................... 115 Force centrifuge (appareil à force centrifuge) .................................................................................. 117 Oscillations d'un pendule composé ................................................................................................. 119 Oscillations d'un pendule composé (avec masse additionnelle) ..................................................... 121 Oscillations d'un pendule composé (avec modélisation) ................................................................. 123 Influence de l'amplitude sur la période d'un pendule composé ....................................................... 125 Détermination de l'accélération de la pesanteur avec un pendule réversible ................................. 127 Pendule à accélération de la pesanteur variable (pendule à g variable) ......................................... 129 Oscillations harmoniques d'un pendule à ressort ............................................................................ 132 Influence de la masse oscillante sur la période d'oscillation d'un pendule à ressort ....................... 134 Oscillations d'un pendule à ressort (avec modélisation) .................................................................. 136 Oscillations d'un pendule à ressort avec frottement entre solides (avec modélisation) .................. 139 Oscillations d'un pendule à ressort avec frottement visqueux dû à un lubrifiant ............................. 142 Oscillations d'un pendule à ressort avec frottement fluide en écoulement laminaire ...................... 145 Oscillations d'un pendule à ressort avec frottement fluide/de l'air en écoulement turbulent ........... 148 Pendules couplés avec deux génératrices tachymétriques ............................................................. 151 Pendules couplés avec deux capteurs de mouvements de rotation ............................................... 153 Battements acoustiques ................................................................................................................... 155 Vibrations d'une corde ..................................................................................................................... 157 Vitesse du son dans l'air .................................................................................................................. 159 Vitesse du son dans l'air avec 2 microphones ................................................................................. 162 Vitesse du son dans les gaz ............................................................................................................ 164 Vitesse du son dans les solides ....................................................................................................... 167 Analyse de Fourier de signaux simulés ........................................................................................... 169 Analyse de Fourier des signaux d'un générateur de fonctions ........................................................ 172 Analyse des sons ............................................................................................................................. 174 Synthèse du son .............................................................................................................................. 176 Conversion de l'énergie mécanique en énergie thermique ............................................................. 177 Conversion de l'énergie électrique en énergie thermique ............................................................... 180 Diagramme pV d'un moteur à air chaud .......................................................................................... 184 Loi de Coulomb ................................................................................................................................ 187 Force dans le champ magnétique d'une bobine sans fer ................................................................ 190 www.ld-didactic.com CASSY Lab 5 Force dans le champ magnétique d'un électroaimant ..................................................................... 193 Force entre des conducteurs parcourus par un courant (définition de l'ampère) ............................ 196 Saut de tension (loi de l'induction de Faraday) ................................................................................ 199 Induction par variation du champ magnétique ................................................................................. 202 Tracé en fonction du temps de la tension et du courant d'un transformateur ................................. 206 Transmission de puissance d'un transformateur ............................................................................. 208 Puissance de consommateurs quelconques alimentés par la tension alternative du secteur ........ 210 Charge et décharge d'un condensateur........................................................................................... 212 Charge et décharge d'un condensateur (avec modélisation) .......................................................... 214 Charge et décharge d'un petit condensateur (capacités de câbles) ............................................... 216 Circuit oscillant amorti ...................................................................................................................... 218 Circuit oscillant amorti (avec modélisation) ..................................................................................... 220 Circuits oscillants couplés ................................................................................................................ 222 Oscillations forcées (résonance)...................................................................................................... 224 Oscillations forcées (avec modélisation) ......................................................................................... 226 Filtres RLC (passe-bas, passe-haut, passe-bande) ........................................................................ 228 Filtre passe-bas (avec modélisation) ............................................................................................... 231 Filtre passe-haut (avec modélisation) .............................................................................................. 234 Caractéristique d'une lampe à incandescence ................................................................................ 237 Caractéristique d'une diode ............................................................................................................. 238 Caractéristique d'un transistor ......................................................................................................... 241 Caractéristique de puissance d'une cellule solaire .......................................................................... 243 Régulation de la température........................................................................................................... 245 Régulation de la luminosité .............................................................................................................. 247 Régulation de la tension .................................................................................................................. 249 Diffraction par fente unique .............................................................................................................. 252 Diffraction par fentes multiples......................................................................................................... 255 Loi de l'inverse du carré pour la lumière .......................................................................................... 258 Vitesse de la lumière dans l'air ........................................................................................................ 260 Vitesse de la lumière dans différents matériaux .............................................................................. 262 Expérience de Millikan ..................................................................................................................... 264 Expérience de Franck et Hertz avec le mercure.............................................................................. 267 Expérience de Franck et Hertz avec le néon ................................................................................... 270 Loi de Moseley (fluorescence X à raies K) ...................................................................................... 273 Loi de Moseley (fluorescence X à raies L) ....................................................................................... 276 Réflexion de Bragg résolue en énergie dans différents ordres de diffraction .................................. 280 Effet Compton sur le rayonnement X ............................................................................................... 284 Distribution de Poisson .................................................................................................................... 288 Demi-vie du radon ............................................................................................................................ 290 Spectrocopie  sur des échantillons radioactifs (Am 241) .............................................................. 292 Détermination de la perte d'énergie du rayonnement  dans l'air ................................................... 294 Détermination de la perte d'énergie du rayonnement  dans l'aluminium et dans l'or .................... 297 Datation d'un échantillon de Ra 226 ................................................................................................ 299 Mise en évidence du rayonnement  avec un compteur à scintillations (Cs 137) ........................... 301 Relevé et étalonnage d'un spectre  ................................................................................................ 303 Absorption du rayonnement  .......................................................................................................... 305 Identification et détermination de l'activité d'échantillons faiblement radioactifs ............................. 307 Relevé d'un spectre  avec un compteur à scintillations ................................................................. 309 Observation quantitative de l'effet Compton .................................................................................... 311 Relevé du spectre  complexe du Ra 226 et de ses produits de filiation ........................................ 313 Relevé du spectre  complexe d'un manchon à incandescence ..................................................... 315 Coïncidence et corrélation angulaire - lors de la désintégration de positons ............................... 317 Mesures avec l'analyseur monocanal .............................................................................................. 320 Conduction électrique dans les solides ........................................................................................... 322 Hystérésis du noyau de fer d'un transformateur .............................................................................. 324 Analyse non destructive de la composition chimique (fluorescence X) ........................................... 327 Détermination de la composition chimique d'un échantillon de laiton (fluorescence X) .................. 330 Exemples d'expériences en chimie ...................................................................... 334 Le bec Bunsen ................................................................................................................................. 335 Mesure du pH sur des denrées alimentaires ................................................................................... 338 www.ld-didactic.com 6 CASSY Lab Mesure du pH sur les détergents ..................................................................................................... 341 Détermination de la valeur pKa de l'acide acétique ......................................................................... 345 Titrage de l'acide phosphorique ....................................................................................................... 349 Point de fusion et point de solidification de l'acide palmitique ......................................................... 353 Surfusion d'une coulée de thiosulfate de sodium ............................................................................ 356 Détermination de la masse molaire par abaissement du point de congélation ............................... 359 Titrage de l'acide chlorhydrique avec une solution de soude caustique (pH et conductivité) ......... 363 Titrage du vinaigre de ménage ........................................................................................................ 367 Titrage d'acide acétique avec une solution de soude caustique (pH et conductivité) ..................... 371 Titrage automatique du NH3 avec du NaH2PO4 (burette motorisée) ............................................. 375 Titrage automatique (compte-gouttes) ............................................................................................. 378 Chromatographie en phase gazeuse (séparation des alcanes du gaz d'un briquet) ...................... 382 Chromatographie en phase gazeuse (séparation des alcools) ....................................................... 384 Chromatographie en phase gazeuse (séparation de l'air) ............................................................... 386 Relevé du spectre d'une solution de chlorophylle brute (avec le spectrophotomètre 667 3491) .... 388 Réaction du marbre avec de l'acide chlorhydrique (détermination du carbonate) .......................... 390 Dégradation de l'urée par l'uréase (réaction d'ordre 0) ................................................................... 392 Hydrolyse du chlorure de butyle tertiaire (détermination de l'ordre de réaction) ............................. 397 Réaction du marbre avec de l'acide chlorhydrique (détermination de l'ordre de réaction) ............. 401 Hydrolyse alcaline de l'acétate d'éthyle (détermination de l'ordre de réaction) ............................... 405 Hydrolyse alcaline de l'acétate d'éthyle (détermination des paramètres d'activation) .................... 410 Analyse thermique différentielle du sulfate de cuivre ...................................................................... 415 Fabrication d'un mélange réfrigérant ............................................................................................... 419 Détermination de l'enthalpie de fusion de la glace .......................................................................... 421 Lois des gaz ..................................................................................................................................... 425 Détermination de la conductivité de différentes solutions ............................................................... 428 Détermination de la conductivité limite du chlorure de sodium ....................................................... 431 Détermination de la constante de dissociation de l'acide acétique ................................................. 435 Séparation d'un mélange de deux composants dans le rectificateur CE2 ...................................... 440 Absorption du rayonnement ultraviolet (UV) .................................................................................... 443 Simulation du trou d'ozone .............................................................................................................. 445 Effet de serre du CO2 ...................................................................................................................... 448 Exemples d'expériences en biologie ................................................................... 451 Métabolisme respiratoire humain ..................................................................................................... 452 Métabolisme des petits animaux ..................................................................................................... 455 Spirométrie et débit ventilatoire ....................................................................................................... 457 Photosynthèse, réaction de Hill ....................................................................................................... 459 Respiration fermentation des levures .............................................................................................. 462 Activité du nerf ................................................................................................................................. 466 Réflexe myotatique .......................................................................................................................... 468 Temps de réaction ........................................................................................................................... 470 Mesure du stress ............................................................................................................................. 472 Les muscles antagonistes ................................................................................................................ 474 Electromyogramme (EMG) .............................................................................................................. 476 Pression artérielle ............................................................................................................................ 477 Régulation de la pression artérielle ................................................................................................. 479 Fréquence cardiaque ....................................................................................................................... 482 Electrocardiogramme (ECG)............................................................................................................ 484 Activité électrique et mécanique du cœur ........................................................................................ 487 Activité enzymatique: la peroxydase ............................................................................................... 489 Simulations de séismes ................................................................................................................... 491 Simulation de pollution de nappe phréatique................................................................................... 494 Mesure longue durée de données météorologiques ....................................................................... 497 Exemples d'expériences en technique ................................................................ 500 Ordinateur de bord d'un véhicule avec radio ................................................................................... 501 Système confort d'un véhicule avec bus CAN ................................................................................. 503 Modulation d'impulsions codées (quantification) ............................................................................. 505 Bases physiques des micro-ondes (caractéristiques de l'oscillateur Gunn) .................................... 507 Lignes à deux plaques (modes TEM et TE) .................................................................................... 509 Propagation des micro-ondes dans les guides d'ondes (mesure du rapport d'onde stationnaire) .. 512 www.ld-didactic.com CASSY Lab 7 Technique des antennes .................................................................................................................. 515 Electronique de puissance et commande des machines ................................................................ 521 Annexe .................................................................................................................... 523 Index des mots-clés .............................................................................................. 547 www.ld-didactic.com 8 CASSY Lab Introduction Le présent guide utilisateur est censé donner un aperçu des possibilités du logiciel CASSY Lab. Le texte de ce manuel est identique à celui des aides accessibles quasiment à tout instant dans le pro- gramme par simple clic avec la souris. Les aides du programme présentent des avantages supplémentaires:  Il est possible de se rendre directement aux renvois cités avec la souris  Les exemples d'expériences et les paramétrages sont chargés tout simplement en cliquant avec la souris  Outre une recherche à l'aide d'un index, il est aussi possible de rechercher des textes entiers Installation L'installation de CASSY Lab a lieu soit  automatiquement après la mise en place du CD-ROM, soit  manuellement par lancement du fichier autorun.exe et en suivant les messages affichés sur l'écran. Informations importantes après l'installation de CASSY Lab Utilisation du logiciel avec CASSY-S (Sensor-CASSY, Power-CASSY, Profi-CASSY, CASSY- Display, Pocket-CASSY et Mobile-CASSY) A la première mise en route de CASSY Lab, vous devrez indiquer votre code d'activation tel qu'il est indiqué sur votre bon de livraison et sur votre facture, sur une feuille séparée, sous le numéro 524 200. Le logiciel est alors activé et permet d'utiliser CASSY-S à volonté (sinon, seulement 20 utili- sations possibles). Utilisation du logiciel avec des appareils de mesure série CASSY Lab assiste d'autres appareils de mesure série, le joulemètre et wattmètre ainsi que l'instrument de mesure universel Physique/Chimie sans code d'activation. Guide utilisateur Il existe un guide utilisateur exhaustif se rapportant à CASSY Lab. Afin de pouvoir utiliser CASSY Lab de manière optimale, il est impératif de bien lire ce guide utilisateur. Pour cela, vous pouvez au choix:  Charger le guide utilisateur du CD-ROM (lancer autorun.exe)  Commander un guide utilisateur imprimé (524 203) Charger le guide utilisateur de l'Internet (dans le format Adobe PDF)  Utiliser l'aide du programme (même texte que dans le guide utilisateur imprimé, adapté au con- texte et avec de nombreux renvois et possibilités de recherche) Premiers pas Afficher l'introduction Afficher les exemples d'expériences Les exemples d'expériences joints au programme peuvent également être lus sans CASSY et utilisés pour d'autres exploitations. Les paramétrages du programme choisis pour les expériences peuvent servir pour de nouvelles mesures ou être adaptés à celles-ci. Support Si malgré l'aide exhaustive et les nombreux exemples d'expériences vous avez encore des questions, n'hésitez pas à envoyer un mail à [email protected]. Mises à jour CASSY Lab va évoluer – et c'est d'ailleurs à partir des expériences et des remarques de l'utilisateur qu'il pourra être complété et optimisé. Charger la version actualisée de l'Internet www.ld-didactic.com CASSY Lab 9 Logiciel individualisé pour CASSY-S Vous pouvez aussi programmer CASSY-S vous-même. A cet effet, nous avons prévu dans l'Internet la description du protocole sur le port ainsi qu'une composante Delphi/Lazarus (avec code source) pour le téléchargement gratuit. Charger les informations pour le réalisateur de l'Internet Delphi (Windows) et Lazarus (Linux) Le support de CASSY avec ses propres programmes Delphi ou Lazarus ne pose aucun problème puisqu'il suffit, à cet effet, d'intégrer les composants décrits ci-dessus. C/C++/Visual Basic D'autres langages de programmation peuvent accéder à CASSY via le fichier CASSYAPI.DLL (Win- dows) ou libcassyapi.so (Linux). Pour ce faire, CASSYAPI.DLL ou libcassyapi.so doit être intégré et appelé. Les déclarations requises pour C/C++ sont comprises dans CASSYAPI.H. Ces trois fichiers font également partie de nos informations gratuites pour le développeur (Developer Information), dis- ponibles sur Internet. LabVIEW (Windows et Linux) Notre pilote LabVIEW pour CASSY est gratuit lui aussi et disponible sur Internet. Outre des instru- ments virtuels (VIs) pour la commande de CASSY, le pilote contient des exemples d'applications. LabVIEW est une marque déposée de la société National Instruments. www.ld-didactic.com 10 CASSY Lab CASSY Lab Introduction Mesure Exploitation Exemples d'expériences Logiciel individualisé pour CASSY-S CASSY Lab supporte un ou plusieurs modules CASSY-S (Sensor-CASSY, Power-CASSY, Profi- CASSY, CASSY-Display, Pocket-CASSY et Mobile-CASSY) au port USB ou au port série de l'ordina- teur. Du reste, d'autres appareils de mesure série, le joulemètre et wattmètre ainsi que l'instrument de mesure universel Physique/Chimie sont assistés. Lors de la première utilisation de CASSY ou d'un autre appareil, CASSY Lab demande la désignation du port série (COM1 à COM4) pris en compte. Il doit être indiqué et enregistré sous spécification enregistrée. Pour les modules CASSY au port USB, aucun port série n'a besoin d'être indiqué – ils sont trouvés automatiquement. Si CASSY est utilisé, un code d'activation est demandé. Code d'activation Un code d'activation à 24 chiffres est nécessaire pour pouvoir utiliser CASSY Lab avec CASSY. Ce code d'activation est spécifié sur la facture et sur le bon de livraison, sur une feuille séparée, sous le numéro 524 200 et doit être indiqué (une fois pour toutes) avec le nom donné à cet endroit-là. Ensuite, le logiciel est activé pour CASSY. Veuillez prendre note de notre copyright. Par contre, si CASSY Lab doit être utilisé seulement avec d'autres appareils série, le joulemètre et wattmètre ou avec l'instrument de mesure universel Physique/Chimie, aucun code d'activation n'est nécessaire. Si vous n'avez pas de code d'activation, veuillez télécopier la facture portant sur CASSY Lab (524 200) au numéro +49-2233-604607. Dès que possible, votre code d'activation vous sera renvoyé par fax. En attendant, vous pouvez tout de même utiliser CASSY Lab avec CASSY même s'il n'est pas encore activé (20 utilisations maximum). Des versions futures mises par exemple à disposition dans l'Internet sont elles-aussi utilisables avec ce code d'activation, tout comme les mises à jour qui sont ainsi elles-aussi disponibles à volonté. Charger la version actualisée de l'Internet Premières valeurs mesurées Si un ou plusieurs CASSYs sont identifiés, l'onglet CASSY de la fenêtre de paramétrage (F5) présente la configuration en cours (avec (éventuellement) les capteurs et adaptateurs enfichés). Pour réaliser une mesure, il suffit de cliquer sur l'entrée ou la sortie appropriée : Une entrée ou une sortie active (canal de données) est alors marquée en couleur et disposée sous forme de bouton, en haut à droite, avec les boutons de raccourci de la fenêtre principale (ici I et A1 U ). Ces boutons sont le moyen le plus simple d'appeler un instrument d'affichage du canal de B1 www.ld-didactic.com