Expériences d'électrostatique
Channel: birdyberth
Date: 22/04/2012

Une vidéo présentant l'ensemble des expériences d'électrostatique que j'ai réalisées dernièrement.
Je commence d'abord par expliquer le concept de charge électrique à l'aide de ballons, en réalisant des expériences simples que tous connaissent. Je présente ensuite mon électroscope, instrument célèbre dans les cours d'électricité qui se respectent.
Un désavantage de l'électrostatique, c'est que les effets sont visibles seulement lorsque de hauts voltages sont impliqués... d'où l'utilité d'un flyback, qui fournit sans peine les 10kV nécessaires pour charger et accélérer des objets conducteurs adéquatement!
Parlant d'objets conducteurs, les ballons sont trop isolants pour les autres expériences dans cette vidéo. Je me suis donc construit de petites balles conductrices, simplement en recouvrant des boules de polystyrène avec de la peinture conductrice. Le résultat donne une boule de très faible masse qui se charge aisément : l'idéal pour être accélérée dans les champs électriques!
J'ai donc placé une de ces boules entre deux plaques, l'une chargée positivement par un haut voltage, l'autre reliée au ground, ce qui crée un champ électrique important (de l'ordre de 20 000 à 200 000 V/m). En premier lieu, la balle se charge sur une des deux plaques, donc elle subit une force électrique qui l'accélère vers l'autre plaque. Lorsque le contact se fait, la boule change de charge, donc la force électrique s'oriente dans la direction inverse. Le tout se répète inlassablement jusqu'à ce que la boule sorte de la région entre les plaques.
J'ai construit une cloche électrostatique fonctionnant sur ce principe : j'ai remplacé les plaques par des cannettes, et j'ai suspendu la balle conductrice avec un fil entre les cannettes. En remplissant les cannettes avec de l'eau, il est possible de modifier la fréquence du son. On peut en quelque sorte "accorder" la cloche, car la fréquence du son dépend de la hauteur de la colonne d'air à l'intérieur des cannettes.
Ensuite, je présente un accélérateur linaire, formé de plaques alternativement reliées au haut voltage et au ground. La balle peut par cette méthode être accélérée à de très hautes vitesses. Voici le principe de fonctionnement : en touchant la première plaque, la balle se charge, puis se fait attirer par la plaque suivante. Lorsqu'elle l'atteint, la balle prend la charge inverse et se fait attirer par l'autre plaque d'après... Puisque la force électrique s'appliquant sur la balle est toujours dans la bonne direction, celle-ci accélère en continu.
Partant sur ce principe, j'ai construit un accélérateur linéaire en forme de cercle, pour que les balles tournent à l'infini...
Cela m'amène à vous parler du cyclotron, qui est en fait le point de départ de toutes les autres expériences de cette vidéo (c'est en m'intéressant au cyclotron - et en le fabriquant - que j'ai eu la curiosité des expériences d'électrostatique). Dans le cyclotron, les plaques sont placées dans un bol, de manière à accélérer les boules circulairement. La croix au centre est reliée au haut voltage, les autres bandes sont reliées au ground. Au départ, mon montage était tellement puissant que toutes les balles étaient éjectées après quelques tours! J'ai donc réduit la puissance, puis j'ai essayé d'accélérer plusieurs balles en même temps. Il s'ensuit inéluctablement que toutes les balles sont éjectées l'une après l'autre, sauf une! Cela peut s'expliquer par le fait que les balles se repoussent entre elles puisqu'elles portent la même charge.
Le temps est maintenant venu de vous parler de mon moteur électrostatique, que je considère comme la meilleure expérience de cette vidéo. C'est aussi celle qui a demandé le plus de travail de construction, d'ajustements sans fin, d'expérimentations... Le modèle que je vous présente est extrêmement performant : 80 tours par seconde! (4800 rpm). J'ai trouvé mon inspiration pour le fonctionnement principalement sur ce site : http://amasci.com/emotor/emot1.html . Toutefois, mon moteur est une construction originale, car j'ai utilisé un verre en polystyrène en guise de rotor et deux moitiés d'un autre verre recouvertes de papier d'aluminium pour le stator. Mon moteur est instable au démarrage : ce n'est qu'en moyenne après deux ou trois essais que l'on parvient à l'accélérer sans qu'il tourne de travers. Cette instabilité est probablement due au moment de force trop important du début qui déséquilibre la rotation. De plus, passé une certaine vitesse angulaire, le moteur peut "décrocher". En gros, ce qu'il se produit, c'est qu'il penche légèrement d'un côté ou d'un autre, parce que le stator n'est pas parfaitement symétrique. Ce léger déséquilibre, à 80 tours par seconde, peu vite s'avérer fatal : le rotor se décroche subitement de son support. Pour remédier à ce problème, des ajustements subséquents du stator seront nécessaires.