La danse des petits bouts de papier

Des petits morceaux de papier placés sous un disque de vinyle se dressent et semblent danser dès que l’on frotte le disque avec un chiffon de laine. Cette expérience montre l’existence des charges de polarisation qui apparaissent sur les bouts de papiers placés dans le champ électrique créé par le disque chargé.

Fiche d’accompagnement de l’expérience:

Matériel
  • un disque vinyle, si possible déjà rayé et donc inutilisable ;

  • deux livres de même épaisseur ;

  • beaucoup de tout petits bouts de papier ;

  • de la fourrure ou bien un pull de laine.

Montage et réalisation

Découpons dans du papier léger de tous petits bouts de papier et plaçons-les dans l’espace situé entre deux livres posés sur une table.
Plaçons au-dessus un disque vinyle rayé inutilisable puis frottons le disque avec de la fourrure ou avec un pull de laine.
Les bouts de papier se redressent, certains viennent même au contact du disque puis s’écartent aussitôt, d’autres enfin restent collés au disque.

Explications

Le disque se charge négativement par frottement avec la fourrure ou le pull de laine
Le champ électrostatique créé par les charges négatives du disque entraîne une polarisation des charges du matériau isolant constitué par le papier. Comme les petits bouts de papier sont constitués d’un matériau isolant, le champ électrique entraîne une polarisation des charges.

En effet les molécules sont étirées par le champ .Les morceaux de papier se comportent comme s’ils avaient un bord positif et un bord négatif. Ils s’orientent donc de telle sorte que leur bord « positif » soit dirigé vers le disque chargé négativement et se déplacent vers les zones de champ plus intense près du disque. Des papiers suffisamment légers sont attirés tellement fortement par le disque qu’ils décollent de la table et vont toucher le disque.

Si le contact entre le bout de papier et le disque est limité, les charges négatives du disque ne peuvent pas passer sur le papier où elles seraient attirées par une charge positive localisée ; le bout de papier reste alors accroché au disque car les charges opposées s’attirent mais ne peuvent pas s’échanger. Si le contact entre le bout de papier et le disque se fait mieux, alors des électrons peuvent passer du disque sur le papier. Les bouts de papier ne sont chargés que localement du fait de la polarisation, globalement ils sont neutres. Après avoir reçu des électrons cédés par le disque ils se chargent négativement et se trouvent donc repoussés par le disque qui est chargé négativement. Le phénomène se poursuit car on continue à électriser le disque par frottement : on observe donc une « danse frénétique » des bouts de papier qui s’attirent mutuellement et peuvent rester accrochés les uns aux autres par suite de leur polarisation.

Remarques

Une variante de cette expérience consiste à électriser un ballon de baudruche par frottement et à l’approcher de petits bouts de papier. L’expérience telle qu’elle est décrite ici présente cependant l’avantage de permettre d’observer les phénomènes sur une surface assez grande et de pouvoir renouveler la charge du disque en le frottant en permanence.
On peut aussi découper des petits bouts de papier ayant la forme de bonshommes (c’est d’ailleurs souvent ainsi que l’expérience est décrite dans les références bibliographiques) : ceci permet d’accentuer l’aspect « danse » de l’expérience.

 

Références

Université en ligne : effet dipolaire

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