Effet de pointe
L'effet de pointe est un phénomène souvent observé, et permet d'expliquer pourquoi la foudre est attirée par les objets pointus. De plus, il a permis l'élaboration du paratonnerre, une protection contre la foudre. Nous allons donc étudier ce phénomène physique en profondeur pour mieux le comprendre.
Théorie :
Les objets pointus influencent le champ électrique à proximité. On peut l'expliquer par un exemple très simple : Tout d'abord, montrons pourquoi un objet pointu influence le champ électrique contrairement à un objet non pointu. Pour cela remplaçons ces deux objets par deux sphères, l'une plus petite de rayon R neutre ( objet pointu ) et l'autre plus grande de rayon 2R chargée d'une charge Q ( objet non pointu ). Si on relie la grande sphère à l'autre plus petite par un fil conducteur elles se retrouvent toute les deux chargées au même potentiel électrique. Et pour cela, les électrons vont pousser et s'entasser dans la plus petite sphère, qui trouvera sa densité de charge beaucoup plus élevée et donc son champ électrique proche beaucoup plus intense. Si l'objet est une pointe, son champ électrique sera très intense jusqu'à dépasser le champ disruptif de l'air et voir ainsi ses électrons sortir hors de la pointe créant un vent de charge mais aussi ionisant l'air environnant, attirant la foudre.
Dans ce schéma, nous pouvons observer les lignes équipotentielles, entre le nuage et la Terre qui forme un système semblable au condensateur plan, se déformer à l'approche d'un objet pointu. Nous observons aussi les lignes de champs attirées par les charges négatives, perpendiculaire aux lignes équipotentielles, qui se concentrent donc vers la pointe chargée négativement créant ainsi un champ électrique intense. ( Pour une meilleur compréhension voir Champ électrique ).
Pratique :
Pour encore mieux comprendre ce phénomène nous avons mis au point une expérience démontrant l'effet de pointe. Pour cette expérience nous nous somme munis de la machine de Wimshurst, expliquons donc son fonctionnement :
Cette machine électrostatique permet de créer des arcs électriques, elle est formée de deux plateaux avec dessus des pastilles électriquement neutre qui en tournant à l'aide des plateaux se frotteront au balai métallique qui va soit donner ou prendre des charges électriques et ainsi charger la machine. Ces charges seront collectées par des peignes qui vont les envoyés dans des condensateurs qui les stockeront. Quand la tension des condensateurs sera suffisamment forte, les électrodes seront chargées en électron. Et il pourra avoir lieu un arc électrique entre les boules de l'éclateur.
Photos de la machine de Wimshurst.
Protocole :
Le but de cette expérience est de démontrer que la foudre, représentée par l'arc électrique, est attiré par des objets pointus. Nous avons donc filmé cette expérience.
Matériel :
- Machine de Wimshurst.
- Un objet pointu et métallique connecté à une prise terre.
Pour commencer nous avons actionné la machine de Wimshurst pour observer l'arc électrique produit et dans un second temps nous avons mis à proximité de l'arc électrique l'objet pointu métallique. Nous avons observé que l'arc électrique est attiré par l'objet pointu métallique plutôt que par l'autre électrode. On peut donc en conclure qu'un arc électrique est bien attiré par les objets pointus.
Théorie :
Les objets pointus influencent le champ électrique à proximité. On peut l'expliquer par un exemple très simple : Tout d'abord, montrons pourquoi un objet pointu influence le champ électrique contrairement à un objet non pointu. Pour cela remplaçons ces deux objets par deux sphères, l'une plus petite de rayon R neutre ( objet pointu ) et l'autre plus grande de rayon 2R chargée d'une charge Q ( objet non pointu ). Si on relie la grande sphère à l'autre plus petite par un fil conducteur elles se retrouvent toute les deux chargées au même potentiel électrique. Et pour cela, les électrons vont pousser et s'entasser dans la plus petite sphère, qui trouvera sa densité de charge beaucoup plus élevée et donc son champ électrique proche beaucoup plus intense. Si l'objet est une pointe, son champ électrique sera très intense jusqu'à dépasser le champ disruptif de l'air et voir ainsi ses électrons sortir hors de la pointe créant un vent de charge mais aussi ionisant l'air environnant, attirant la foudre.
Dans ce schéma, nous pouvons observer les lignes équipotentielles, entre le nuage et la Terre qui forme un système semblable au condensateur plan, se déformer à l'approche d'un objet pointu. Nous observons aussi les lignes de champs attirées par les charges négatives, perpendiculaire aux lignes équipotentielles, qui se concentrent donc vers la pointe chargée négativement créant ainsi un champ électrique intense. ( Pour une meilleur compréhension voir Champ électrique ).
Pratique :
Pour encore mieux comprendre ce phénomène nous avons mis au point une expérience démontrant l'effet de pointe. Pour cette expérience nous nous somme munis de la machine de Wimshurst, expliquons donc son fonctionnement :
Cette machine électrostatique permet de créer des arcs électriques, elle est formée de deux plateaux avec dessus des pastilles électriquement neutre qui en tournant à l'aide des plateaux se frotteront au balai métallique qui va soit donner ou prendre des charges électriques et ainsi charger la machine. Ces charges seront collectées par des peignes qui vont les envoyés dans des condensateurs qui les stockeront. Quand la tension des condensateurs sera suffisamment forte, les électrodes seront chargées en électron. Et il pourra avoir lieu un arc électrique entre les boules de l'éclateur.
Photos de la machine de Wimshurst.
Protocole :
Le but de cette expérience est de démontrer que la foudre, représentée par l'arc électrique, est attiré par des objets pointus. Nous avons donc filmé cette expérience.
Matériel :
- Machine de Wimshurst.
- Un objet pointu et métallique connecté à une prise terre.
Pour commencer nous avons actionné la machine de Wimshurst pour observer l'arc électrique produit et dans un second temps nous avons mis à proximité de l'arc électrique l'objet pointu métallique. Nous avons observé que l'arc électrique est attiré par l'objet pointu métallique plutôt que par l'autre électrode. On peut donc en conclure qu'un arc électrique est bien attiré par les objets pointus.
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