Machine Van der Graff

[invitea31db2f1]

Bonjour,
Dans le cadre d'une présentation j'ai besoin d'une machine de Van der Graaf pour simuler l'action de la foudre.
A l'aide de multiples tutoriel YT, j'ai pu m'en bricoler une mais la taille des étincelles est assez médiocre (5mm-1cm).
Je vous décris mon montage :
J'utilise deux saladier Ikea pour faire la sphere. J'ai percé un trou dans un pour pouvoir passer les fils amenant les charges a l'intérieur de la sphere et ainsi la charger. Le diamètre doit être de 30cm environ
Les fils allant dans la sphère d'un côté sont à l'aide d'un support en contact avec un ruban dans la partie haute de la tour. Ce ruban est un collant en nylon. En haut de la tour, le ruban (en contact avec les fils avec des têtes écarté comme une brosse pour récupérer un max de charge) frotte sur un tuyau PVC. Le choix de ces matériaux est justifié par leur position respective dans l'échelle de triboelectricité. Je précise que le tuyau est encastré et que je ruban frotte dessus.
Dans le bas de la tour un axe mène le ruban et l'axe est motorisé par une perceuse. J'ai aussi installer une brosse relié a une masse pour apporter les charges.
Voilà le montage, je peux joindre des photos si besoin.
J'aimerai avoir des conseils pouvant améliorer mon système jusqu'à l'état désiré.
Si vous pouvez m'accompagner jusqu'à la fin, je vous en serai très reconnaissant.
Merci d'avance
-----

[invite1ef094fd]

Bonjour,

Le générateur Van de Graaff, à moins d'être de dimensions très imposantes ne produit pas de contournements très importants.


Pour obtenir des contournements plus "impressionnants" (et sans grand danger, sauf pour un porteur de pace-maker!), mieux vaut se tourner vers la machine de Wimshurst couplée à deux condensateurs.

J'en avais fabriqué une en étant jeune, et j'obtenais facilement (par temps sec) des contournements de 15 à 20 centimètres, avec des disques de 50 cm.
J'épatais la galerie avec ça

L'avantage de ces deux machines est de pouvoir accumuler des charges dans des condensateurs (source continue).

Il existe d'autres machines, qui permettent d'aller beaucoup plus loin (plusieurs mètres, plusieurs millions de volts), mais elles sont particulièrement dangereuses et le courant est alternatif, HF, et beaucoup plus intense, comme le générateur Tesla.
Je n'en dirai pas plus car c'est vraiment très dangereux.

En théorie, plus les machines sont de grandes dimensions, plus vous aurez de grandes étincelles.

Cordialement,

[invitea31db2f1]

Bonjour,
Mon etude se porte sur un paratonnerre dont je vais modifier la géométrie. Ayant déjà opté pour un générateur e van der Graaf, je n'ai plus le temp de changer. D'autre part je ne suis pas sûr de réaliser les expériences souhaitées avec votre montage ._.
Les dimensions sont normalement suffisants. J'ai repris les vidéo youtube suivant :
https://youtu.be/vfvjGeOGoBU
https://youtu.be/im-PLK7ePhQ
J'ai les même dimensions, j'ai essayé de se rapprocher au plus possible de leur montages mais je n'ai pas les même étincelles. Ca me frustre.
Je vous remercie tout de même de votre réponse ^^

[invite1ef094fd]

Bonjour,
Mon etude se porte sur un paratonnerre dont je vais modifier la géométrie. Ayant déjà opté pour un générateur e van der Graaf, je n'ai plus le temp de changer. D'autre part je ne suis pas sûr de réaliser les expériences souhaitées avec votre montage ._.

Je comprends que vous soyez pressé par le temps. C'est dommage car une Wimshurst vous permettrait de faire bien plus.
J'avais commencé par un Van de Graaff moi aussi et j'ai laissé tomber, je n'avais pas plus que vous.

De plus cela dépend des conditions atmosphériques.
La même machine qui me donnait des étincelles de 20 cm par temps sec ne me donnait que quelques cm parfois, à mon grand étonnement au départ (temps humide).
Vous pouvez essayer d'assécher la pièce où vous vous trouvez et contrôler la différence avec un hygromètre.
Vérifier également la bonne isolation des différentes parties et évitez les angles et pointes (courants de fuite)

Les dimensions sont normalement suffisants. J'ai repris les vidéo youtube suivant :
https://youtu.be/vfvjGeOGoBU
https://youtu.be/im-PLK7ePhQ
J'ai les même dimensions, j'ai essayé de se rapprocher au plus possible de leur montages mais je n'ai pas les même étincelles. Ca me frustre.
Je vous remercie tout de même de votre réponse ^^

Vous vous doutez bien que les vidéos ont été tournées dans les circonstances les plus favorables.
Pour un Van de Graaff, ce que vous voyez c'est déjà beaucoup et en même temps c'est des petites étincelles.
Je ne veux pas vous décevoir, mais je ne vois pas comment simuler la foudre sur un paratonnerre miniaturisé avec de si petits contournements.
Il faut un truc plus costaud..

En tous cas, bon courage et soyez patient, vous finirez par arriver à quelque chose en insistant.
(j'en ai déjà fait des trois sortes, de plusieurs tailles, mais j'étais à la campagne dans le temps, et pas d'internet ni même de camescope)

Cordialement,

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea31db2f1]

C'est bien dommage comme vous le dite.
Je peux peut être encore opter pour une machine Wimshurst mais cela me semble difficile. En effet il me faut un système qui fait office "d'émetteur" d'étincelles et je construis un paratonnerre qui fera office de récepteur. J'étudie les lieu "d'atterrissage" (?) Des étincelles selon la forme des paratonnerre. Il me semble qu'une machine de Wimshurst comprend les deux bornes et je ne pourrai donc pas disposer un paratonnerre et etudier les comportements. Je ne pourrai donc pas effectuer mon expérience avec un telle machine (sauf erreur de ma part).
Étant donné que j'étudie seulement le point d'atterrissages de l'étincelle, sa "puissance" ne m'importe que peu. C'est pourquoi j'ai opté pour un générateur de van der Graaf.

[invite1ef094fd]

Je peux peut être encore opter pour une machine Wimshurst mais cela me semble difficile. En effet il me faut un système qui fait office "d'émetteur" d'étincelles et je construis un paratonnerre qui fera office de récepteur.

La deuxième borne va à la "masse", là où se trouve le paratonnerre tout bêtement

Il ne s'agit pas de "puissance" mais de tension et d'intervalles d'air.

Pour étudier la foudre dans de bonnes conditions, il faut de grands intervalles d'air et donc des tensions très élevées (effet corona, loi de Paschen).
L'effet corona se manifeste par un prolongement "virtuel" de l'électrode dû à des avalanches d'électrons, et diminue la valeur du champ disruptif classique de l'air de 30 KV/cm à moins de 5 KV/cm : c'est ce qui se passe avec la foudre.

L'effet corona est pratiquement inexistant en dessous de 100kV à pression atmosphérique

[invitea31db2f1]

Ok, donc la seconde borne peut être remplacé par n'importe quelle autre système relié a la masse ?
Il me faut tout de même des étincelles plutôt longue est-ce faisable avec une machine Wimshurst avec une budget étudiant plutôt limité ?
Pouvez vous peut-etre me situer d'autre loi en rapport avec le sujet pour que je puisse les étudier et mieux comprendre ce qui se passe et ainsi peut-etre améliorer mon système ?
Merci d'avance

[invite1ef094fd]

Je n'avais pas d'argent de poche à l'époque où j'ai fait ma première machine électrostatique :

Deux disques 33 tours au départ, (les Rubettes ) des segments découpés dans de la tôle alu de récupération, du meccano, j'avais une dizaine de cm de contournement (mal isolée, et le papier collé sur les disques 33t devenait conducteur )

Si vous pouvez vous procurer ou faire découper deux disques en plexiglas, diamètre 50 cm et davantage, vous obtiendrez quelque chose d'assez spectaculaire (20 cm et ++ par temps sec).

Préférez le moteur à la manivelle (plus efficace).

La capacité et la qualité des condos joue un rôle important aussi.

Bonne soirée (boulot demain)

Cordialement

[JPL]

Et le danger en sortie des condos ?

[Antoane]

Bonsoir,

Entre 450 V et 10 kV, on considère généralement qu'on peut accepter de stocker jusqu'à 45 µC (IEC60950-1 & IEC61010-1), ce qui correspond à 4.5 nF @ 10 kV. Je ne sais pas à quel point c'est extrapolable aux plus hautes tensions. En deçà, jusqu'à 100 V, on se limite à 100 nF.

[invitea31db2f1]

Si il y a toujours des personnes qui peuvent me guider sur la machine de van der Graaf n'hésitez pas.
Je posterai des photos demain.
Merci d'avance 😊

[JPL]

Il y a des condensateurs qui tiennent à ces hautes tensions ? Je veux dire des condensateurs faciles à trouver pour un bricoleur ?

[f6bes]

Bjr JPL, Ca se trouve, mais pas sous le sabot d'un cheval.
On peut envisager la mises en série des condensateurs (permet d'augmenter
la tnsion de service). J'ai monté en série deux condos de..100 Uf...2500 v.
Total 5000v..50 uF.
Mais l ces condos j'ai pu les récupérer sur des montages laser professionnels
qui partaient à la benne. Mais bon faut avoir "ses entrées".
Bonne journée

[Antoane]

Bonjour,

Il y a des condensateurs qui tiennent à ces hautes tensions ? Je veux dire des condensateurs faciles à trouver pour un bricoleur ?

Vues les faibles capacités requises (~centaines de pF), cela se bricole assez bien.
Une bouteille de Leyde fait de l'ordre du nF : https://fr.wikipedia.org/wiki/Bouteille_de_Leyde


Le département de physique de ton lycée n'a pas une machine Wimshurst qu'ils utilisent pour les démonstrations, une fois par an ?

[invitea31db2f1]

Bonjour,
J'ai pu trouver une machine de Wimshurst dans mon bahut, le disque fait environ 45cm de diamètre, j'ai mesuré les condensateurs a 20 nF, mais les étincelles ne font que 3cm... Il y a t'il des améliorations faisables ?

[invite1ef094fd]

Bonjour,

Faire des essais en modifiant l'orientation des balais, la faire fonctionner dans l'obscurité pour voir les "fuites" (corona), et éventuellement faire deux grosses bouteilles de Leyde (celles d'origine sont assez misérables en capacité).

Moi j'utilisais des condensateurs-plans (papier alu sur 4 à 5 épaisseurs de vitres pour châssis de jardin).
Travailler dans un air très sec !

Cordialement,

[invitea31db2f1]

J'ai fait un condensateur avec du papier alu et autre chose comme isolant. J'arrive a 30nF comme capacité, et j'ai fait une erreur, les condensateurs d'origines dont a 0,20 nF.
Avez vous une ordre de grandeur pour la capacité des condensateurs nécessaires ? Il y a t-il danger ?

[invitea31db2f1]

Je vous présente les problèmes auquel je suis confronté avec la machine de Wimshurst. Dans un premier temps, vous avez dit que les condensateurs sont médiocres, mais je ne sais pas quelles sont les caractéristiques des condensateurs qui seront convenables.
En tripotant un peu la bête j'ai pu avoir des étincelles de 5-8cm ce qui est déjà pas mal mais j'aimerais avoir un peu plus ~~. Je ne sais pas comment les condensateurs vont améliorer le système mais je vais faire des recherches de mon côté.
Le second problème est : lorsque j'éloigne trop les deux bornes (~8cm+), les étincelles ne se produisent plus entre les bornes mais entre les peignes qui récupère les charges et les plaques sur le disque. Une solution ?
Merci d'avance!

[invite1ef094fd]

Bonjour,

J'ai pu trouver une machine de Wimshurst dans mon bahut, le disque fait environ 45cm de diamètre, j'ai mesuré les condensateurs a 20 nF, mais les étincelles ne font que 3cm... Il y a t'il des améliorations faisables ?

Sympa le prof !
20 nF non, c'est une capacité très grande pour ces tensions.
Plutôt 0,20 nF soit 200 pF, ce qui est déjà bien.
C'est une plus grande machine que celle que nous avions dans notre lycée !

J'ai fait un condensateur avec du papier alu et autre chose comme isolant. J'arrive a 30nF comme capacité, et j'ai fait une erreur, les condensateurs d'origines dont a 0,20 nF.
Avez vous une ordre de grandeur pour la capacité des condensateurs nécessaires ? Il y a t-il danger ?

30 nF, comme dit auparavant, non, pas possible, ou alors vous avez plusieurs mètres carrés de condensateurs.
Autre possibilité, s'ils font 30 nF, c'est que l'épaisseur des condensateurs est si faible qu'ils ne résisteront pas (claquage ou simple conduction, sans charge, qui est décelable par un sifflement caractéristique.
Attention, une augmentation exagérée des condos va produire l'effet inverse : la chute de la "résistance interne" des condos (à ses tensions ça va vite) empêchera la charge.
Il faut un juste milieu : pas assez, ça ne donne pas grand chose, et trop ça ne donne pas grand chose non plus, à cause du débit de charges de la machine qui est quand même limité.

L'ennemi, c'est les fuites, quelqu'en soit la cause.
Un ordre de grandeur ? 200 pF, c'est parfait.

Un danger, non, (sauf pace maker).
Un Delco de moteur à essence avec seulement 20 KV, ça fait beaucoup plus mal (tout le bras, j'en sais quelque chose !) car les 20 KV sont toujours présents au moment du contact.
Ici, ça se décharge trop vite pendant le claquage (même avec les mains), pour qu'il reste quelque chose d'important au moment d'un contact. Les courants sont très faibles, c'est juste un peu désagréable au doigt quand est "touché"

Je vous présente les problèmes auquel je suis confronté avec la machine de Wimshurst. Dans un premier temps, vous avez dit que les condensateurs sont médiocres, mais je ne sais pas quelles sont les caractéristiques des condensateurs qui seront convenables.
En tripotant un peu la bête j'ai pu avoir des étincelles de 5-8cm ce qui est déjà pas mal mais j'aimerais avoir un peu plus ~~. Je ne sais pas comment les condensateurs vont améliorer le système mais je vais faire des recherches de mon côté.
Le second problème est : lorsque j'éloigne trop les deux bornes (~8cm+), les étincelles ne se produisent plus entre les bornes mais entre les peignes qui récupère les charges et les plaques sur le disque. Une solution ?
Merci d'avance!

• Pour les caractéristiques, une centaine de pF, c'est l'idéal. Je ne sais pas avec quelle fiabilité vous mesurez ces valeurs sur des codos de ce type. Il vaut mieux faire le calcul : pour le verre la permittivité électrique Ɛ vaut 5 F/m : on a C = Ɛ0Ɛ.S/e , le tout en Farads la surface S et l'épaisseur e étant exprimée respectivement en mètres carrés et en mètres.

• Ah, je suis content pour vous : il y a un progrès. Je vous donne un "truc" : à l'aide d'un tournevis bien isolé (les doigts au bout du manche, loin du métal, pour ne ps vous faire "toucher par un arc" vous pouvez créer un "amorçage" en approchant la pointe du tournevis près d'une des deux boules de l'éclateur et en touchant la boule d'un coup sec. Normalement, il y en a toujours une des deux avec laquelle ça marche mieux car la polarité de la machine est aléatoire, et varie même avec le temps et d'autres paramètres. C'est bizarre, mais c'est comme ça.

• Ok. Si l'étincelle arrive à contourner l'éclateur par les segments des disques entre les deux peignes, c'est qu'elle est très bien isolée partout ailleurs, et qu'elle est à son "maximum". A moins que vous vouliez plutôt parler des balais (les "brosses en cuivre") qui font le "raccourci" et qui nécessitent d'être éloignés des peignes en les orientant différemment. Sinon, c'est que les dimensions de la machine sont "limite", ce qui explique qu'une plus grande machine va proportionnellement plus loin. Tentez les amorçages comme je vous ai dit et ça donnera de plus grandes étincelles

Cordialement,

[invitea31db2f1]

Merci beaucoup !
Pour les mesure, j'ai utilisé un multimètre.

[invitea31db2f1]

Encore une dernière question, je vous remercie déjà énormément pour toutes les aides que vous m'avez apporté.
Comme je l'ai dit la machine est la pour jouer le rôle de la foudre. Et j'effectue une étude statistique sur les points ou l'arc arrive en fonction de la forme du paratonnerre et notamment étudier la théorie de la sphère roulante. Je ne vois pas comment avec ce montage je peux faire en sorte que l'arc arrive sur mon paratonnerre étant donné que l'arc ne se forme que entre les deux boules.
Encore merci

[invite1ef094fd]

Ce n'est pas bien compliqué :

Eloignez les boules pour éviter un arc entre les deux, et reliez simplement l'une d'elle au paratonnerre (en l'isolant du plan de travail car une table en bois, c'est...conducteur ici), et l'autre boule au tournevis de tout-à-l'heure.

Ce paratonnerre (isolé du plan de travail), vous pouvez le fixer sur un plat à tarte en métal (qui simule la zone à protéger de la foudre), isolé de la table.
En disposant des petits objets en métal autour du paratonnerre, vous pourrez voir si ceux-ci sont protégés de la foudre.

Baladez ensuite le tournevis "chargé" autour de la zone "protégée par le paratonnerre" et regardez ce qui se passe.

Nota : vous pouvez idéalement faire cela dans l'obscurité : vous verrez ainsi se former des canaux précurseurs (couleur violette, bien visibles, et parfois audibles) avant un "impact" potentiel ici ou là, et vous verrez mieux se dessiner la zone protégée !

[invitea31db2f1]

Merci beaucoup !

[invitea31db2f1]

Bonjour~~
Je pose encore quelque questions...
Je rentre de WE et je remarque que la machine marche moins bien.. les étincelles sont moins grosses
Dans l'obscurité j'observe des étincelles au niveau des balais est-ce la cause? Vous aviez dit que ça fait raccourci donc j'imagine que c'est bien une fuite.. comment les éviter ? Seulement par l'orientation ? Ou la conductivité de la fil des brosses joue dedans ? J'ai changé les fils pour en avoir de neuf mais pas en cuivre.

[invite1ef094fd]

Bonsoir,

Je rentre de WE et je remarque que la machine marche moins bien.. les étincelles sont moins grosses

Si personne n'a touché à votre machine en votre absence, c'est très probablement les modifications des conditions atmosphériques.
Principale cause : l'humidité. Aujourd'hui (chez moi), il a plu et fait de l'orage. J'ai 75% d'humidité dans l'appartement. C'est beaucoup.

Dans l'obscurité j'observe des étincelles au niveau des balais est-ce la cause? Vous aviez dit que ça fait raccourci donc j'imagine que c'est bien une fuite.. comment les éviter ? Seulement par l'orientation ?

Les petites effluves entre les brosses en cuivre des balais et les segments successifs qui viennent frotter sur la brosse pendant la rotation sont normales, mais d'intensité variable. (ça peut ressembler à des petites étincelles, c'est vrai aussi)

Cela n'a rien à voir avec le "court-circuit" de la dernière fois, lorsque vous mentionniez une étincelle se propageant du balai au peigne entre les segments successifs séparant les deux. C'est uniquement dans ce cas précis qu'il faut envisager d'orienter différemment le balai (ou les deux balais), afin d'augmenter la distance peigne-balai pour éviter ce grand court-circuit (à condition que cela ait un effet positif sur le rendement).

L'orientation "relative" des deux balais joue aussi sur le rendement.
En "théorie", il faut un angle le plus grand possible (donc proche de 90°, c'est le maximum), mais en pratique, ce n'est pas toujours vrai : il y a trop de paramètres en jeu qui interfèrent entre eux. Faut faire des tests.

Mais vérifiez l'hygrométrie d'abord.
Si elle est trop haute, attendez de meilleures conditions atmosphériques, (à défaut d'un déshumidificateur).

Si vous êtes pressé, utilisez un chauffage soufflant dans la pièce (bon, c'est pas le bon plan en ce moment, vous allez crever de chaud et on va vous prendre pour un fou.)
Mieux : il fait chaud, et si vous avez un climatiseur, il va se charger de déshumidifier la pièce (il y a toujours récupération d'eau par condensation), et là, ce sera un système gagnant-gagnant.

Ou la conductivité de la fil des brosses joue dedans ? J'ai changé les fils pour en avoir de neuf mais pas en cuivre.

Non. C'est bien plus conducteur que ce qu'il ne faut avec des différences de potentiel de quelques centaines de Kv.
Les brosses des balais, c'est du cuivre. Pas autre chose. Essayez aussi de conserver la même pression/souplesse avec des "brins" de cuivre analogues aux précédents, sur les segments des disques. C'est encore un paramètre qui peut modifier le comportement de la machine.

Les segments par contre, peuvent être en étain ou en aluminium.
Moi j'avais de l'aluminium (plus facile à concevoir et plus durable).

Par contre, ne bidouillez pas trop cette machine si elle ne vous appartient pas, à moins que votre prof vous l'ai donnée
Au fait, elle est motorisée ou pas ?

Cordialement,

[invitea31db2f1]

Non, elle est à manivelle.
J'ai pas trop trop bricolé, pour l'instant je me suis seulement permis de changer les fils de la brosse et aussi mettre de l'isolant au niveau des plaques.
Je m'explique lorsque je fais tourner la bête, sur un seul côté du disque seulement, en bas a ma gauche, cette position ne varie pas avec la rotation des disques.. je sais pas si je me suis fait comprendre, mais juste en bas d'une peigne j'ai des étincelles qui se forment sur le côté intérieur (vers le centre) des plaques. À ces endroits les balais ne frottent pas dessus donc j'ai pensé a mettre du scotch isolant pour éviter que cela se forme, je ne sais pas si c'est utile mais sur le moment je les ai considéré comme une perte. Pouvez vous m'eclairer ?
Ce qui me semble étrange c'est que lorsque le disque tourne ces étincelles se forme qu'a un endroit particulier..
Et encore merci pour vos précisions et conseils!

[invite1ef094fd]

Si l'étincelle se forme entre un peigne et le centre du disque, on ne peut rien faire. Elle est au maximum et c'est le chemin le plus court (le point le plus vulnérable de la machine) qu'ait trouvé les charges pour s'échapper.

A moins qu'effectivement je ne n'aie pas bien saisi.
Vous parlez de "plaques", quelles plaques ?

Attention, pas de scotch ! Il est couvert de colle (conductrice !!!). Idem si vous avez "collé" des isolants. "L'isolant" sur la "plaque" (qui est probablement conducteur si c'est avec de la colle) est sûrement l'origine du problème, mais encore une fois, de quelle plaque parlez-vous ?

[invitea31db2f1]

Eum, vous me stressez..
Les plaques métalliques qui fournissent les charges (j'en ai compté 32) . C'est pas du scotch de supermarché UHU, c'est les scotch pour isolation électrique. Et l'étincelle ne se forme pas entre la peigne et les plaques, mais entre les plaques elle même. Corrigez moi si je me trompe de vocabulaire.
Merci

[invite1ef094fd]

Les plaques métalliques qui fournissent les charges (j'en ai compté 32) . C'est pas du scotch de supermarché UHU, c'est les scotch pour isolation électrique. Et l'étincelle ne se forme pas entre la peigne et les plaques, mais entre les plaques elle même. Corrigez moi si je me trompe de vocabulaire.
Merci

Ok.
Ce que vous appelez communément des plaques, ce sont les segments. Donc => Court-circuit du peigne au balai par les segments = éloignez la brosse en modifiant l'orientation du balai comme j'avais dit.

Scotch pour isolation électrique : c'est pas du 380, ici vous êtes à + de 200KV, et disposé de cette façon en plus, le courant passe sous le scotch, par la colle.

J'arrête de vous stresser

(Taf demain)

[invitea31db2f1]

Merci,
Bonne soirée !