b) Expériences d'éclairs à échelle humaine
Ces expériences permettent de reproduire le phénomène de la foudre à l'échelle humaine.
La machine de Wimshurst :
Qui a inventé la machine de Wimshurt ?
James Wimshurst a inventé cette machine en 1882. C'est un physicien britannique, né le 13 avril 1932 et décédé le 3 janvier 1903. Il a inventé la machine électrostatique à influence : la machine de Wimshurst. James Wimshurst est également connu pour ses travaux sur le Rayon X.
Qu'est ce que la machine de Wimshurst ?
La machine de Wimshurst est une machine électrostatique dite à « influence ».
La machine à influence de Wimshurst se compose de deux plateaux isolants de même grandeur, distants de quelques millimètres. Ils tournent en sens inverse, et constituent les transporteurs de charge. Devant chaque disque se trouve un conducteur transversal, diamétral, muni de petits balais métalliques frottant contre des languettes d'étain. Les peignes, métalliques et fixes, communiquent avec les armatures d'un condensateur et les pôles de la machine. Quand une des languettes est chargée positivement sur le premier disque, la languette opposée est chargée négativement sur le deuxième disque. Les charges positives sont récupérées par le premier collecteur et les charges négatives par le deuxième collecteur. Elles sont ensuite canalisées vers les deux conducteurs terminés par des embouts sphériques constituant les éclateurs.
On va pouvoir observer la formation d'un arc électrique, au niveau des embouts sphériques.
Le condensateur chargé positivement représente le sol, le condensateur chargé négativement représente le cumulonimbus, et l'arc électrique est le coup de foudre. Cette machine reproduit donc bien le phénomène de la foudre.
Photo de la machine de Wimshurst de notre lycée :
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Voici une vidéo de la machine de Wimshurst : 02012015190713.mp4 (5119761) (intéressante de 1 minute à 1 minute 30)
La cage de Faraday :
Qu’est-ce que la cage de Faraday ?
La cage de Faraday est une enceinte utilisée pour protéger des nuisances électriques et aussi électromagnétiques extérieures. Cette cage est souvent utilisée lorsque l’on désire effectuer des mesures précises en électronique, en électricité ou sur les ondes électromagnétiques.
Par qui a-t-elle été inventée ?
La cage de Faraday a été inventée par Michael Faraday en 1836. Cet homme est un physicien et un chimiste britannique, né en 1791 et décédé en 1867. Il est connu pour ses travaux fondamentaux dans le domaine de l’électromagnétisme et l’électrochimie. Il obtient la médaille Copley en 1832 et 1838, puis la médaille Rumford en 1846. Il est aussi le vainqueur de la Royal Medal en 1835 et 1846.
Que permet cette cage ?
La cage de Faraday est une cage métallique permettant d’isoler une portion d’espace contre l’influence des champs électriques extérieurs. Cette cage mesure 4m50. Cet effet de protection est utilisé pour protéger les équipements électroniques de la foudre et d’autres décharges électrostatiques.
L’enceinte métallique doit en principe être fermée de chaque côté, mais elle peut aussi être constituée de grillage ajouré.
Au début de l’expérience, les deux spectateurs, qui sont sur un socle, sont chargés négativement d’électrons qui se repoussent à l’aide d’un générateur. Leurs cheveux se dressent alors. Mais, entre eux deux, les cheveux ne sont pas dressés puisque les charges se repoussent.
Lorsque la cage se ferme autour d’eux, ils ne sont plus chargés, n’ont plus les cheveux dressés sur la tête. Les électrons sont partis dans la cage. Les électrons sont à l’extérieur de la cage puisqu’ils se repoussent donc vont le plus loin possible les uns des autres. La cage est à 300 000 Volts entièrement chargée contrairement aux deux personnes qui sont à 300 000 Volts entièrement déchargés. Le paratonnerre est à 0 Volt.
Quand l’animateur approche le paratonnerre de la cage, un éclair se forme entre le paratonnerre et la cage. Un éclair de 30 cm est de 30 000 Volts.
Lorsqu’il n’y a plus de cage, les cheveux sont de nouveau dressés, les deux spectateurs sont chargés. Mais quand le paratonnerre touche le socle sur lequel sont les deux personnes, les cheveux ne sont plus dressés ; les deux personnes ne sont plus chargées. Les électrons passent dans le paratonnerre puis dans le sol, il n’y a donc plus d’éclair.
