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| Etablissement : |
Lycée Saint-Sernin (31) |
| Ville : |
Toulouse |
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| Discipline : |
Electricité statique |
| Typologie : |
Utile |
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| MACHINE DE WIMSHURST |
| Fonction : |
Produire de l’électricité statique par influence et par contact. |
| Description : |
Cet appareil est composé de deux plateaux (P et P’), de balais (b et b’), de deux conducteurs (C et C’), de deux collecteurs (p et p’), de deux arcs (e et e’) qui en constituent les pôles et de deux bouteilles de Leyde (B et B’).
Les plateaux (P et P’) sont en ébonite ou en verre recouvert de gomme laque ou encore en plexiglas pour les modèles les plus récents. Une manivelle (M) et des courroies dont l’une est croisée, permettent de les faire tourner en sens contraires. Sur leurs faces extérieures, près de leurs circonférences, sont collées, en léger relief, des secteurs d'étain ; les plateaux en portent un même nombre pair. Sur ces secteurs appuient les balais (b et b’) en fil de laiton que portent deux conducteurs diamétraux (C et C’), croisés et inclinés d'environ 45° sur le diamètre horizontal des plateaux. Ces balais sont reliés à la terre.
Les collecteurs, formés de deux peignes (p et p’) métalliques en fer à cheval, embrassent les deux plateaux sur toute la longueur des secteurs métalliques. Ils communiquent avec les deux arcs (e et e’) grâce à des tiges métalliques montées sur support en verre. Ces arcs mobiles, en laiton étamé, se terminent par des boules ou boutons de décharge (d et d’) et sont munis de manches (m et m’) d’ébonite. Deux bornes (n et n’) permettent de pincer deux fils et ainsi d’alimenter un circuit.
Les deux bouteilles de Leyde (B et B’) (voir la fiche correspondante) sont reliées aux pôles par leurs armatures internes et au sol par leurs armatures externes éventuellement reliées par une chaîne, une tige métallique ou encore des lames et un interrupteur dans les modèles le plus récents. Elles servent de condensateurs et permettent d’accumuler les charges électriques pour augmenter les effets de la machine.
L’ensemble est fixé à un plateau en bois ou en matière plastique pour les modèles plus récents. La machine peut être disposée sur un tabouret isolant de Mascart (voir la fiche correspondante). |
Mode Opératoire :
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Constructeur : DUCRETET et LEJEUNE
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Il suffit de tourner la manivelle pour que les pôles soient chargés d’électricités différentes.
Si on rapproche les boutons de décharge, des étincelles bruyantes en jaillissent.
Le principe de fonctionnement de cette machine est basé sur les phénomènes d’électrisation par influence et par contact.
On ne considèrera que deux secteurs diamétralement opposés sur chaque plateau ; ils seront par la suite notés (s1) et (s2) pour le plateau (P) et (s'1), (s'2) pour le plateau (P'). Les secteurs (s1), (s2), (s'1) et (s'2) ne sont pas identifiés sur la gravure car le raisonnement est valable pour chaque couple de secteurs à condition qu’ils soient opposés.
Initialement, chaque secteur est très faiblement chargé ; par exemple, un secteur (s'1) de (P’) est positif et (s'2) est négatif. Du fait de la rotation des plateaux, les secteurs (s1) de (P) et (s'1) se retrouvent face à face. Le secteur (s'1) influence alors la répartition électronique du secteur (s1) : les électrons de (s1) se déplacent au plus proche de (s'1) c’est à dire s’accumulent vers la surface de (s1) collée sur le plateau ; cette surface se charge donc négativement. L’autre surface de (s1) est donc chargée positivement. En retour, cette réorganisation influence celle du secteur (s'1).
Les plateaux tournent toujours et la surface positive de (s1) entre en contact avec le balai (b) ; comme celui-ci est relié à la terre, cette surface devient neutre. La répartition électronique de surface collée de (s1) n’est pas affectée ; le secteur (s1) est alors chargé négativement. De même pour la surface non collée de (s'1) lorsqu’elle est en contact avec le balai (b’). Le même raisonnement tient pour les secteurs (s2) et (s'2). Ainsi, les secteurs (s1) et (s'2) sont-ils chargés négativement et les secteurs (s'1) et (s2) positivement.
Lorsque les secteurs (s1) et (s’2) se croisent dans un peigne, celui-ci se charge négativement et les secteurs deviennent quasiment neutres ; de même l’autre peigne se charge positivement et ainsi les arcs sont-ils chargés de signe contraire. Une tension (ou différence de potentiel) est donc apparue aux pôles de la machine. Ces charges électriques sont emmagasinées dans les bouteilles de Leyde.
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| Remarque : |
Année inventaire : 1896
Prix : 36
James Wimshurst (1832-1903), physicien anglais, spécialiste des machines électrostatiques. La machine dite de Wimshurst fut présentée en 1883.
L’ébonite est certes moins fragile que le verre mais ses propriétés isolantes disparaissent sous l’effet de la lumière et cette résine tend à se déformer sous l’effet de la chaleur. C’est pourquoi, on lui préférait le verre. Aujourd’hui, les machines de Wimshurst usuelles ont des plateaux en matière plastique transparente (plexiglas par exemple).
Contrairement aux autres machines électriques, celle-ci fait partie de la collection de tout lycée car elle fonctionne par tous les temps même les plus humides. |
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