Afin de mieux comprendre la formation
de la foudre, nous avons décidé d'utiliser la machine de Wimshurst
pour reproduire le phénomène de la foudre à échelle humaine.
Cet appareil est une machine électrostatique à influence, créée en 1882 par l'anglais James Wimshurst. Cette machine est composée de deux larges disques isolants, recouverts de languettes métalliques appelées secteurs, qui tournent en sens inverse. Elle possèdent également des balais placé sur les 2 disques, qui frottent les secteurs. 2 peignes placés autour des disques récupèrent les charges : l'un des peignes récupèrent les charges négatives, l'autre les charges positives, qui sont ensuite envoyées dans 2 condensateurs. Pour finir, l'arc se forme entre les 2 éclateurs.
Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement de la machine, on va s’intéresser à un secteur avant. Pour commencer, la machine doit être chargée, elle s'auto-excite.
Supposons que le secteur du disque arrière (situé entre le balais supérieur et le peigne négatif ) soit chargé négativement :
Les charges du secteur avant qui est quand à lui neutre vont se placer par influence du secteur arrière. (voir schéma)
Lors du passage de ce secteur sur le balais, celui ci va donc arracher les charges négative. Le secteur avant sera donc positif. Il se déchargera au niveau du peigne positif.
Supposons maintenant que le secteur arrière (situé entre le peigne positif et le balais inférieur) soit chargé positivement:
Les charges du secteur avant vont se placer par influence, donc le balais va récupérer les charges positives de ce secteur. Le secteur avant sera donc chargé négativement, et se déchargera au passage du peigne négatif.
Il se passe le même phénomène pour les secteurs arrière lorsque les secteurs avant sont chargés alors que les secteurs arrière sont neutres : c'est à dire que les charges des secteurs arrière vont se placer par influence, les balais vont arracher les charges du secteur qui se trouvent de son coté, puis les secteurs se déchargeront.
La machine va se charger ainsi, la tension va donc augmenter. Chaque peigne qui aura récupéré les charges vont envoyer ces charges dans des condensateurs reliés à des éclateurs, qui vont stocker celles ci. Lorsque la tension devient trop élevée, les électrons vont se précipiter vers les charges positives. Ce déplacement va donc provoquer un arc électrique au niveau des éclateurs.
Lorsque ce phénomène se produit, les 2 condensateurs redeviennent neutres, ils seront donc à nouveau rechargé pour créer un nouvel arc.
Pour résumer, cette machine permet de produire le phénomène de la foudre, et donc mieux le comprendre : lorsque les 2 disques tournent et entre en contact avec les balais, cela reproduit le mouvement des charges dans le nuage. Et pour finir, quand les condensateurs sont chargés, on peut dire que le condensateur positif représente le sol, et celui négatif représente le nuage.
Voici notre vidéo du fonctionnement de la machine de wimshurst :
Cet appareil est une machine électrostatique à influence, créée en 1882 par l'anglais James Wimshurst. Cette machine est composée de deux larges disques isolants, recouverts de languettes métalliques appelées secteurs, qui tournent en sens inverse. Elle possèdent également des balais placé sur les 2 disques, qui frottent les secteurs. 2 peignes placés autour des disques récupèrent les charges : l'un des peignes récupèrent les charges négatives, l'autre les charges positives, qui sont ensuite envoyées dans 2 condensateurs. Pour finir, l'arc se forme entre les 2 éclateurs.
Pour mieux comprendre le principe de fonctionnement de la machine, on va s’intéresser à un secteur avant. Pour commencer, la machine doit être chargée, elle s'auto-excite.
Supposons que le secteur du disque arrière (situé entre le balais supérieur et le peigne négatif ) soit chargé négativement :
Les charges du secteur avant qui est quand à lui neutre vont se placer par influence du secteur arrière. (voir schéma)
Lors du passage de ce secteur sur le balais, celui ci va donc arracher les charges négative. Le secteur avant sera donc positif. Il se déchargera au niveau du peigne positif.
Supposons maintenant que le secteur arrière (situé entre le peigne positif et le balais inférieur) soit chargé positivement:
Les charges du secteur avant vont se placer par influence, donc le balais va récupérer les charges positives de ce secteur. Le secteur avant sera donc chargé négativement, et se déchargera au passage du peigne négatif.
Il se passe le même phénomène pour les secteurs arrière lorsque les secteurs avant sont chargés alors que les secteurs arrière sont neutres : c'est à dire que les charges des secteurs arrière vont se placer par influence, les balais vont arracher les charges du secteur qui se trouvent de son coté, puis les secteurs se déchargeront.
schéma
du principe de fonctionnement de la machine de Wimshurst
La machine va se charger ainsi, la tension va donc augmenter. Chaque peigne qui aura récupéré les charges vont envoyer ces charges dans des condensateurs reliés à des éclateurs, qui vont stocker celles ci. Lorsque la tension devient trop élevée, les électrons vont se précipiter vers les charges positives. Ce déplacement va donc provoquer un arc électrique au niveau des éclateurs.
Lorsque ce phénomène se produit, les 2 condensateurs redeviennent neutres, ils seront donc à nouveau rechargé pour créer un nouvel arc.
Pour résumer, cette machine permet de produire le phénomène de la foudre, et donc mieux le comprendre : lorsque les 2 disques tournent et entre en contact avec les balais, cela reproduit le mouvement des charges dans le nuage. Et pour finir, quand les condensateurs sont chargés, on peut dire que le condensateur positif représente le sol, et celui négatif représente le nuage.
Voici notre vidéo du fonctionnement de la machine de wimshurst :
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