Baguette magique
De Wikidebrouillard.
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Version du 12 janvier 2010 à 15:28
On frotte le peigne sur le tissu. La balle est attiré par le peigne!
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Sommaire |
Matériel
-
Un peigne
-
Une balle de ping pong
- Fichier:.jpg Un tissu synthétique
L'expérience
La manipulation
Poser la balle de ping pong sur un support horizontal. Frotter le peigne sur le tissu. Approcher le peigne de la balle.
Que voit-on ?
On remarque que la balle est attiré par le peigne.
Explications
De manière simple
Le frottement du peigne avec le tissu permet de charger le peigne en électricité statique. Lorsqu'on approche ensuite le peigne de la balle, celle-ci se charge légerement ce qui entraine la création d'une force dite électrostatique. Les deux objets s'attirent.
Allons plus loin dans l'explication
Coulomb, physicien français (1736 – 1806), a démontré que la présence de deux corps chargés provoque l’apparition de forces attractives ou répulsives selon le signe de leurs charges q. Cette force F est inversement proportionnelle à la distance r qui les sépare au carré :
Sur la figure suivante, on peut se rendre compte que la force d’attraction diminue rapidement avec l’éloignement. Plus l’éloignement est important plus il faudra arracher d’électrons pour pouvoir déplacer une balle.
Si on veut soulever un bout de papier de 10 mg avec ce procédé, soit vaincre un poids de 0,098 N, il faudra donc arracher environ 10 700 000 000 000 000 000 000 électrons du ballon !
Le passage répété du tissu sur le peigne va arracher des électrons aux atomes situés à la surface de celui-ci. Les électrons étant des charges négatives, cet endroit du peigne est chargé positivement. Le tissu ayant perdu des électrons est alors chargé positivement à sa surface.
En revanche, le papier n’est pas chargé. Il est dit électriquement neutre.
Pourquoi le papier est-il attiré par le ballon frotté ?
En effet, la force dont parle Coulomb ne s’applique que pour deux objets chargés. Or ce n’est pas le cas ici car le papier est resté électriquement neutre.
En fait, le fait d’approcher une source de charge positive de la feuille va avoir tendance à la polariser. C’est-à-dire qu’il va y avoir d’infimes migrations de charges des atomes (les électrons essentiellement) vers la face opposée au ballon. La balle se retrouve alors avec une face de charge opposée à celle du peigne et elle est donc attirée par le peigne.
Pourquoi seuls les électrons sont-ils arrachés ?
Pour bien visualiser le problème, prenons l’exemple de l’atome d’hydrogène. Il est constitué d’un noyau et d’un électron qui gravite autour (dans le cas général un atome, à l’état stable, possède autant de protons que d’électrons). Pour simplifier la représentation, nous représentons l’orbite de l’électron comme circulaire.
Liens avec d'autres expériences
Expériences sur Wikidébrouillard
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