Carillon électrique avec un paquet de café

Un paquet de café vide qu’on a chargé électriquement oscille entre deux sphères conductrices.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:
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Matériel
  • une source de haute tension (tension : 10 à 20 kV)

  • 2 sphères conductrices sur supports isolants

  • les fils électriques nécessaires pour connecter les sphères à la source de tension

  • un paquet de café vide (l’emballage recouvert d’une couche de métal dans lequel le café est scellé sous vide) ou une balle de ping-pong recouverte de graphite, une boule de papier d’aluminium froissé ou tout autre objet léger conducteur de l’électricité

  • du fil fin isolant, par exemple en nylon, et de quoi le coller

  • éventuellement des supports pour suspendre l’emballage de café vide.

Montage et réalisation

Lors de cette expérience on respectera les consignes de sécurité usuelles lors des manipulations utilisant des hautes tensions.

Prendre deux sphères conductrices montées sur des supports isolants et les disposer sur la table à environ 10 cm l’une de l’autre.

Relier chaque sphère à un pôle du générateur de haute tension éteint.

Accrocher un fil isolant à un emballage de café vide puis suspendre l’emballage par le fil entre les sphères en veillant à ce qu’il puisse osciller correctement d’une sphère à l’autre.

On peut tenir le fil à la main ou bien l’accrocher à un support.

Lorsqu’on allume la source de haute tension, l’emballage vide commence à osciller d’une sphère à l’autre. Si ce n’est pas le cas il faut augmenter la tension appliquée entre les sphères ou bien rapprocher les sphères. Il faut éventuellement donner une impulsion initiale au paquet de café mais ensuite les oscillations s’entretiennent.

Explications

Il existe un champ électrique autour des sphères qui ont été chargées par la source de haute tension.

La couche métallique de l’emballage est un conducteur électrique sur lequel les charges électriques se séparent par influence.

L’emballage vide se dirige vers l’une des sphères car les forces électriques qu’il subit ne sont pas symétriques (champ non homogène, emballage pas exactement équidistant des sphères, …) ou bien à la suite d’une impulsion initiale donnée par la main.

Sur cette sphère l’emballage dépose ses charges qui sont de signe opposé à la charge de la sphère : il porte ensuite une charge qui est de même signe que celle de la sphère.

L’emballage s’éloigne alors en direction de la deuxième sphère car des charges électriques de même signe se repoussent.

Au contact de la deuxième sphère l’emballage prend une charge de signe contraire puis repart de nouveau vers la première sphère.

Les oscillations de l’emballage entre les deux sphères continuent régulièrement tant que les sphères restent connectées à la source de haute tension.

Remarques

On peut considérer cette expérience comme un modèle expérimental pour expliquer le transport des charges.

Pour assurer le passage d’un courant électrique il faut des porteurs de charges (ils sont situés ici sur l’emballage vide).

Pour mettre en évidence le passage de charges électriques on peut insérer de petites lampes à décharge dans les fils électriques reliant les sphères à la source de courant.

Les lampes s’allument lors de chaque contact de l’emballage avec la sphère correspondante.

Références

Université en Ligne : le champ électrostatique

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