Mesures : Capacité d'amorçage, machine de Wimshurst

[invitec554ef26]

Bonjour à tous,

J'attire votre attention concernant l'étude/réalisation du générateur à influence de Wimshurst.
On trouve facilement sur internet le fonctionnement bref de cette machine.
Pour aller droit au but, mon objectif est de dimensionner mes composants de manière à ce que la machine ait un comportement "normal" (arc électrique de 1 à 5cm, temps de chargement des condensateurs de stockages de 8 à 12s, structure portable).

Le problème qui m'amène à poster sur le forum est le suivant :

Les deux disques formes une série de condensateurs.
Concidérons une moitier de disque (le fonctionnement étant symétrique).
Sur cette moitier, d'un peigne à l'autre apparait 7 types de condensateurs.
Deux de ces 7 types de condensateurs sont à potentiels constants (une armature reliéé à la masse, via les balais).

L'amorçage de la machine est de nature triboélectrique (électricité frottée). La quantité de charges est extrêmement difficile à évaluer. Exemple : on peut choisir une électricité positive (en frottant une peau de chat sur du verre) ou une électricité négative (en frottant une peau de chat sur une résine).

En déposant ces charges (+ ou -) sur l'armature opposée à celle reliée à la masse et en mesurant la tension créée aux bornes du condensateur, il serait possible de quantifier notre amorçage triboélectrique (et par la suite de déterminer l'ordre des condensateurs de stockage de manière raisonnable (connaissant approximativement nombre de secteurs, la quantité (aux fuites près) Q transmise, la distance d'éclatement).

L'ordre des condensateurs sur les disques est du pF.
Comment réaliseriez-vous si cela est possible la mesure de cette tension?
(un voltmètre commun consomme malgrès sa grande impédance quelques broutilles... le problème est que je ne dispose que de peu de charges...)

Merci d'avance...
(Si l'approche vous sembles étrange, ne vous génez surtout pas!)

Fab.
-----

[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Je ne pense pas que le jeu vaille la chandelle.
Mesurer la tension d'un condensateur de 1 pF est extrêmement difficile. Avec un vrai électromètre à résistance "infinie" (celle des ses très bons isolants), le problème est la capacité de l'électromètre qui est beaucoup plus grande que 1 pF (plutôt 100 pF). Et avec un "électromètre" électronique, même avec des résistances d'entrée de 10^15 Ω ou plus, le problème de la capacité de l'appareil et des câbles reste le même.

La seule méthode qui me vient à l'esprit est celle "d'agiter" un conducteur devant le secteur et mesurer le courant induit par les changements de capacité. Ces courants dépendent de la différence de potentiel entre le secteur et le conducteur oscillant. Mais c'est une vraie "usine à gaz"

Et je ne pense pas que cela soit un problème. L'amorçage est exponentiel. Et il n'est pas triboélectrique. L'électricité par "frottement" n'existe pour ainsi dire jamais. Ce qui existe bien c'est l'électricité par contact. Et l'amorçage de la machine de Wimshurst se fait probablement par le potentiel de contact entre les balais et les secteurs.

Mais, en dehors de la première étincelle, le problème ne se pose pas, car même après une étincelle, les condensateurs et les secteurs ne se déchargent pas totalement et la machine reste amorcée.
Au revoir.

[invitec554ef26]

Tout d'abord, merci pour cette réponse.

Se posent maintenant de nouvelles questions!


Je ne voyais pas les choses comme cela.
L'amorçage vitreux ou résineux (signe) et la quantité déposée sur un secteur étaient pour moi deux facteurs déterminants pour évaluer l'ordre de grandeur de mes condensateurs de stockages. (L'idée était celle-ci.)
J'explique mon acharnement envers l'amorçage.
J'ai exclu l'auto-amorçage pensant que les balais (=la terre) avaient pour rôles de chasser les charges de signes opposés au secteur opposé préalablement chargé justement. (Le condensateur à potentiel constant...)
Et j'entends par préalablement : chargement vitreux ou résineux, par contact. (Je suis d'accord, le frottement ne fait qu'amplifier le phénomène, ce n'est pas le frottement en lui-même qui nous offres l'électrisation).
Et sans voir aucune autre alternative. (Certaines vidéos sur internet ont pu me prouver le contraire (auto-amorçage), mais je reste sur ma faim..)

Je ne comprends pas, bien qu'en contact avec le secteur comment les balais pourraient induire un quelconque apport de charges électriques, leurs buts étant d'attacher, de concerver uniquement un type (+ ou -) de charges.

Et qu'est ce que tu veux dire par amorçage exponentiel?


Merci beaucoup.
Bonne soirée à vous!

[LPFR]

Bonjour.

Et qu'est ce que tu veux dire par amorçage exponentiel?

Cela veut dire qu'à chaque tour, la tension est multipliée par un facteur plus grand que 1, même si ce n'est pas de beaucoup.

Je ne comprends pas, bien qu'en contact avec le secteur comment les balais pourraient induire un quelconque apport de charges électriques, leurs buts étant d'attacher, de concerver uniquement un type (+ ou -) de charges.

Quand vous mettez deux objets de nature différente en contact, la densité (concentration) des électrons n'est pas la même, et des électrons de l'objet où la concentration est plus grande vont passer à celui où elle est plus petite (en le chargeant négativement).
Quand les objets sont isolants, ceci ne concerne qu'une fine couche près de la surface. Pour des objets conducteurs, tout l'objet est concerné. La tension entre les deux augmente jusqu'à ce que le champ électrique crée à l'interface compense les forces de diffusion. Cela ne fait que quelques dixièmes de volt. Mais quand on sépare les objets, on se trouve avec un condensateur à charge constante dont la capacité diminue. La tension augmente et peut prendre des valeurs de milliers de volts. C'est comme cela qui fonctionnent les peaux de chat, les roues des caddies ou les semelles des chaussures.
Mais pour les métaux on a la même chose. Simplement, comme ils sont conducteurs la tension est maintenue à la terre par leur support (par exemple, nos mains). Mais on peut faire la manip avec des morceaux de métal tenus par des isolants. C'est cela que Kelvin a fait. Il découvrit le "potentiel de contact".
Vous ne pouvez pas mesurer ce potentiel avec un voltmètre, car vous avez le même potentiel de contact entre les pointes de touche et les métaux, et la somme de tous ces potentiels s'annule dans le circuit avec le voltmètre.
Mais on peut faire la manip (comme Kelvin) de charger un bout de métal en le mettant en contact avec un autre différent en connecté à la terre, puis en déchargeant le métal en le mettant dans une cavité isolée en en faisant contact une fois à l'intérieur. Vous pouvez trouver le parallèle avec la machine de Wimshurt, dans laquelle, la cavité isolé est le collecteur.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]