Fabriquer un carillon fonctionnant à l'électricité statique
Difficulté
Facile
Durée
30 minute(s)
Disciplines scientifiques
Electricité, Physique
Introduction
Quel phénomène peut faire bouger une boule entre deux plaques d'aluminium ?
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- Matériel et outils
Bloc de polystyrène expansé 
bloc de polystyrène expansé récupéré
Paille 
Une paille, ou chalumeau, est un tube léger, généralement fait en plastique, dont on se sert pour aspirer, et le plus souvent boire, un liquide.
Bobine de fil à coudre 
Bobine de fil à coudre
Aluminium 
Rouleau d'aluminium
Cutter 
Un cutter (ou couteau à lame rétractable) est un outil qui permet de couper des matériaux fins et peu résistants. Il est en général muni d'une lame mobile qui est masquée lorsque l'objet n'est pas utilisé (pour plus de sécurité).
Colle 
Colle
Ciseaux 
Un paire de ciseaux est un outil comportant deux lames mobiles articulées qui glissent l'une sur l'autre pour trancher les matériaux minces.
Étape 1 - Préparer le matériel
• Prépare une sphère en aluminium ainsi que deux socles en polystyrène expansé.
• Découpe ensuite deux carrés de papier cartonné. Leur dimension doit être d'environ deux fois le diamètre de la boule, ni trop petit, ni trop grand.
• Sur une face de chacun des carrés, colle une feuille d'aluminium. Attention ! Un seul des côtés doit être recouvert d'aluminium.
• Taille des encoches dans un socle de polystyrène, puis y enfonce les deux carrés face à face (les surfaces couvertes d'aluminium doivent être face à face).
• Recouvrir la boule de papier aluminium en mettant une des extrémités du fil sous celui-ci, avec un peu de colle, pour pouvoir ensuite la suspendre à une paille dans laquelle a été taillée une encoche.
Étape 2 - Montage du dispositif
• Plante ensuite la paille dans le socle restant.
• Dispose la boule suspendue entre les deux plaques, sans qu'elle ne les touche.
Étape 3 - L'expérience
• Frotte un objet en plastique, ici une paille, avec un vêtement et approche-le d'un des carrés, puis éloigne-le.
Comment ça marche ?
Observations : que voit-on ?
La boule se déplace d'un carré d'aluminium à l'autre lorsque l'on approche ou écarte la paille !
Mise en garde : qu'est-ce qui pourrait faire rater l'expérience ?
Pour observer aisément le phénomène, il ne faut pas de courant d'air dans la pièce, pour que la boule ne bouge pas lorsque l'on n'approche pas la paille. Attention, un taux d'humidité trop important empêchera le bon fonctionnement du phénomène.
Explications
Après avoir été frottée contre un vêtement, la paille possède des propriétés statiques : elle est chargée négativement. En l'approchant d'une des plaques, elle rapatrie les charges positives et négatives sur l'ensemble du montage, ce qui a pour conséquence d'attirer d'un côté ou de l'autre la boule d'aluminium.
Plus d'explications
• Comme dit précédemment, la paille est chargée négativement. Lorsqu'on approche celle-ci du côté d'une plaque, celui-ci va se charger positivement, les charges négatives se repoussant entre elles. Ces dernières vont donc se retrouver de l'autre côté de la plaque (le côté avec l'aluminium). L'influence de la première plaque sur la boule va reproduire le même phénomène sur celle-ci qui elle-même va le reproduire sur la seconde plaque avec tout de même moins de charges. L'attraction étant plus puissante vers la première plaque, grâce à la quantité de charges plus importante, la boule s'y dirige.
• Lors du contact de la boule chargée positivement et de la plaque chargée négativement, il y a un transfert de charges du fait que les deux forment un seul conducteur : la boule devient chargée négativement. Elle est ensuite attirée de la même manière vers la seconde plaque pour y subir le même phénomène, et sa charge change de signe. Cela se reproduit tant que les charges des plaques sont assez fortes pour attirer la boule.
• Enfin, lorsque l'on retire la paille, la première plaque répartit ses charges positives sur toute sa surface, ce qui a pour effet d'attirer à nouveau la boule, pour qu'elle puisse faire encore quelques allers-retours.
Applications : dans la vie de tous les jours
Ce genre de phénomène électrostatique est très fréquent dans la vie courante. Par exemple, n'as-tu jamais eu les cheveux électriques, attirés par ta main ou les dossiers de fauteuil ? C'est exactement le même phénomène que celui présenté ici. Cette réaction est également due au déplacement des charges négatives des matières, les électrons.
Dernière modification 30/03/2020 par user:I.barlier.
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