Étape 1: Comment fonctionne une machine d’influence de Wimshurst
Comme il s’agit d’une machine à influence électrostatique il utilise évidemment influence électrostatique ou à induction pour produire de l’électricité statique.
Cette induction électrostatique n’est rien de plus que l’effet d’une charge sur des objets proches sans un contact physique. Par exemple, une charge positive attirera une charge négative et repousser une charge positive. Par conséquent, dans un conducteur, les frais seront redistribués au point de rendre la constante potentielle électrostatique tout au long de ce chef d’orchestre.
L’exemple classique est un électroscope dans les environs de (mais pas en contact avec) un objet chargé.
Il s’agit d’une vidéo l’youtuber RimstarOrg qui donne une très bonne explication sur électroscopes. (il a également fait une machine de wimshurst CD, mais mine est esthétiquement un peu plus élégante et exige beaucoup moins d’outils)
Plus les machines électrostatiques utilisent inductance pour produire une charge nette d’un objet. La version plus simple est un electrophorus.
Si par exemple une charge positive est portée près d’un conducteur, on peut considérer que ce conducteur est polarisé. (autrement dit, cette charge positive déplace tous les électrons (négatifs) un peu vers lui. Et bien sûr facturer x vecteur est un moment dipolaire.)
Fig. 1 chef d’orchestre à proximité gratuitement
On peut maintenant au sol la fin de ce chef d’orchestre qui permettra d’éliminer la charge positive s’y trouve
Fig. 2 une extrémité est reliée à la terre
Si on supprime ensuite la connexion à la terre et de l’accusation d’induire, on peut voir qu’il y a une charge nette négative à gauche dans le conducteur.
Fig. 3 une charge nette reste
Il s’agit d’une vidéo telle un electrophorus en action. Découvrez le canal de ce youtuber Thomas Kim. Il a toutes sortes de machines électrostatiques intéressantes fabriqués à partir de bouteilles en PET et CD, il ne fournit pas beaucoup d’informations, ils sont probablement conçus comme des démonstrations. Il a aussi une machine de wimshurst CD. (mais le mien provoque des étincelles plus grand. J’ai eu l’idée d’utiliser le ruban adhésif en aluminium pour la deuxième paire de disques de lui).
Une machine de Wimshurst et toutes les autres machines d’influence électrostatique sont rien de plus que les versions élégantes, mécanisées d’une sorte de double electrophorus.
Une machine de Wimshurst est composé de deux disques rotatifs de compteur parallèle, avec des bandes métalliques. Les bandes passent sous ce qu’on appelle rod « neutralisant » qui font la séparation hors les charges sur les bandes et les bandes aussi passent sous les peignes qui récoltent la charge accumulée sur les bandes.
Une excellente explication du fonctionnement d’une machine de Wimshurst peut être trouvée ici :
http://www-physique.u-strasbg.fr/~UDP/Articles/Wimshurst/Wimshurst.htm
Cependant il est Français, si vous connaissez certains Français, c’est certainement intéressant à lire (car il donne également des instructions sur la façon d’utiliser une machine de Wimshurst pour la peinture électrostatique).
La machine, j’ai construit est le reflet de celui expliqué dans ce lien, je vais donc donner une brève explication anglaise parallèle.
On peut voir dans les images principales de cette étape, qu’il y a 6 zones différentes sur les disques. (et puisque tout est symétrique, ces mêmes 6 zones apparaissent de l’autre côté des disques)
zone 1
Avant même que les disques commencent à tourner, il y aura une charge statique sur les bandes de métal. Parce que juste toucher ou manipuler les disques est suffisante pour inculper une quantité minuscule. Cette accusation s’amplifieront comme les disques tournent.
Par exemple, le schéma démarre dans la zone 1, avec une charge nette négative sur les bandes de disque arrière. Le champ de cette charge induit une polarisation du second disque. De la même façon que la Fig. 2
zone 2
Comme une bande de métal avant passe sous la brosse avant d’une tige de neutralisant, une charge négative obtient creux repoussé la tige à une bande à l’opposé du disque.
Ceci est similaire à la Fig. 2, où le « terrain » est remplacé par un autre morceau de conducteur.
zone 3
Lorsque le contact avec la brosse de la tige de neutralisant est perdu, une charge positive nette reste sur la bande. (Si vous soustrayez une charge négative, vous vous retrouvez avec une charge positive) Semblable à la Fig. 3
Ainsi, le disque arrière a toujours la charge négative nette et les bandes (en haut) disque avant maintenant ont une charge positive.
Deuxièmement, les bandes de disque avant de l’autre côté (en bas) ont maintenant une charge nette négative.
zone 4
N’oubliez pas que le disque arrière se transforme aussi, mais dans la direction opposée. Dans la zone 4, le disque arrière entre en contact avec la tige arrière neutralisant. Et la charge négative sur l’arrière est produite en exactement de la même façon qu’en zone 2.
La charge positive repousse la charge positive (ou attire la charge négative puisque c’est principalement les charges négatives qui se déplacent) de l’autre côté du disque.
zone 5
De même, la zone 5 est l’opposé de la zone 1, dans lequel la charge positive nette sur le disque avant polarise le disque arrière. Comme le disque arrière se déplace vers la zone 4.
zone 6
Ici, les bandes de l’arrière disque et le disque avant avec la même charge passent sous une structure en forme de peigne.
Comme les deux bandes sur les deux disques ont le même chef d’accusation, ils repoussent mutuellement. Deuxièmement, le peigne agit comme une cage de Faraday donc les charges sur les bandes veulent désespérément de s’échapper vers l’extérieur vers le peigne. Et c’est ce qui se passe.
Le peigne n’a pas un contact physique avec les bandes tel qu’il a tenue de points et les champs électriques vers des points sont toujours très forts, alors il l’air se décomposent un peu et les ions qui en résulte constituent une voie pour l’accusation sur les bandes de s’échapper vers le faible potentiel des peignes. Lorsque vous exécutez une machine Wimhurst, c’est visible avec une petite ligne pourpre de l’un des points sur les disques.
La charge sur les peignes immédiatement obtient déroutée vers bocaux Leyden où la tension de charge/construira jusqu'à il y a une étincelle. (préférablement dans un éclateur, ou à travers les bandes du disque) Ou, s’il y a beaucoup des arêtes vives, il ira loin dans coronas ou vent ionique.
Wikipedia a un gif animé intéressant qui montre tout ce que dit précédemment
dans une animation, mais c’est un peu compliqué d’en déduire comment tout fonctionne et l’explication compacte avec elle.
En théorie, les bandes de métal ne sont pas vraiment nécessaires et cela devrait être possible avec seulement quelques frais à la surface du disque. Une machine de Wimshurst sans bandes de métal sur les disques s’appelle une Machine de Bonetti. Mais on a besoin d’un générateur d’électricité statique (par exemple, une machine de Wimshurst ordinaire) vient de commencer ce générateur.