Baguette magique

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Article incomplet en cours de rédaction
La vidéo "Baguette magique"

Sommaire

Matériel

  • Un peigne
  • Une balle de ping-pong
  • Un tissu synthétique

L'expérience

La manipulation

  • Poser la balle de ping-pong sur un support horizontal.
  • Frotter le peigne sur le tissu.
  • Approcher le peigne de la balle.

Que voit-on ?

La balle est attirée par le peigne !

Explications

De manière simple

Le frottement du peigne contre le tissu permet de charger le peigne en électricité statique. Lorsqu'on approche ensuite le peigne de la balle, celle-ci se charge légèrement, ce qui entraîne la création d'une force dite électrostatique. Les deux objets s'attirent.


Allons plus loin dans l'explication

Coulomb, physicien français (1736 – 1806), a démontré que la présence de deux corps chargés provoque l’apparition de forces attractives ou répulsives selon le signe de leurs charges q. Cette force F est inversement proportionnelle à la distance r qui les sépare au carré :


F(peigne/balle) = [ q(peigne)*q(balle) ]/ [ 4*pi*Eo*r²]


Sur la figure suivante, on peut se rendre compte que la force d’attraction diminue rapidement avec l’éloignement. Plus l’éloignement est important, plus il faudra arracher d’électrons pour pouvoir déplacer une balle.

Image:Ballonélectro_graph1.jpg


L’attraction exercée par un proton sur un électron éloigné de 5 mm dans les conditions idéales est de :
F = 9,2.10^-24 N

Le passage répété du tissu sur le peigne va arracher des électrons aux atomes situés à la surface de celui-ci. Les électrons étant des charges négatives, cet endroit du peigne est chargé positivement. Le tissu ayant perdu des électrons est alors chargé positivement à sa surface.


En revanche, la balle n’est pas chargée. Elle est dite électriquement neutre.

Pourquoi la balle est-elle attirée par le peigne frotté ?

En effet, la force dont parle Coulomb ne s’applique que pour deux objets chargés. Or ce n’est pas le cas ici car la balle est restée électriquement neutre.

Le fait d’approcher une source de charge positive de la balle va avoir tendance à la polariser. C’est-à-dire qu’il va y avoir d’infimes migrations de charges des atomes (les électrons essentiellement) vers la face opposée au peigne. La balle se retrouve alors avec une face de charge opposée à celle du peigne et elle est donc attirée par le peigne.

Image:Ballonélectro_pct3.jpg


Pourquoi seuls les électrons sont-ils arrachés ?

Pour bien visualiser le problème, prenons l’exemple de l’atome d’hydrogène. Il est constitué d’un noyau et d’un électron qui gravite autour (dans le cas général un atome, à l’état stable, possède autant de protons que d’électrons). Pour simplifier la représentation, nous représentons l’orbite de l’électron comme circulaire.

Image:Ballonélectro_pct4.jpg


Concepts scientifiques associés

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