Roue de Bonetti ( Wimshurst ) 140'000 [V]

La machine de Wimshurst

est une machine électrostatique inventée en 1882 par l'anglais James Wimshurst. Cette machine fut historiquement utilisée pour illustrer de nombreux phénomènes d'électricité statique, et est encore présente dans de nombreuses écoles.


La machine de Wimshurst a une apparence caractéristique, car elle est constituée de deux larges disques faits de matériaux isolants et couverts de pastilles métalliques, tournant dans des sens opposés dans un plan vertical, au voisinage de pointes métalliques adéquatement connectées, et reliées à des boules qui peuvent être écartées, les éclateurs, entre lesquels des étincelles apparaissent.

La figure animée ci contre est une représentation simplifiée du fonctionnement de la machine de Wimshurst en régime permanent après son amorçage.
Deux disques isolants (Plexiglas) tournent en sens inverse.
Des secteurs conducteurs sont collés sur les faces extérieures des disques.
Sur les disques, seuls deux secteurs sont représentés.
Les secteurs en pointillés sont sur le disque arrière.
Les secteurs en trait plein sont sur le disque avant.
Les quatre balais sont reliés à la masse. Le secteur en contact avec un balai se charge sous l'influence du secteur isolé qui lui fait face.
La couleur rouge symbolise les charges positives.
La couleur cyan symbolise les charges négatives.

Les pointes d'un peigne, placées face un secteur positif se chargent négativement. Les micro décharges qui en résultent neutralisent la charge du secteur. Tout se passe comme si la charge positive était collectée par les pointes. Les deux bouteilles de Leyde reliées à la masse par leurs armatures extérieures stockent les charges collectées.
La couleur grise symbolise un secteur déchargé.

Suivons la rotation dans le sens trigonométrique d'un secteur arrière démarrant à la sortie des peignes de droite.
- La charge initiale du secteur est nulle ou quasi nulle après passage devant les dents du peigne.
- Pendant le contact avec le balai arrière, le secteur se charge positivement face à un secteur négatif du disque avant.
- Influence d'un secteur du disque avant qui se charge négativement durant son contact avec un balai avant.
- Neutralisation de la charge positive par les charges négatives issues de pointes du peigne de gauche.
- Pendant le contact avec le balai arrière, le secteur se charge négativement face à un secteur positif du disque avant.
- Influence d'un secteur du disque avant qui se charge positivement durant son contact avec un balai avant.
- Neutralisation de la charge négative par les les micro décharges avec les pointes du peigne de gauche.

Note: sur la machine réelle, la charge effectivement acquise par le secteur en contact avec un balai est toujours supérieure à celle du secteur influençant car il faut tenir compte des secteurs adjacents qui ne sont pas représentés sur cette machine simplifiée.

Tentons une rotation en sens inverse.
- Il faut au même secteur une rotation de 3/8 de tour pour atteindre le balai au lieu de 1/8.
- Le secteur arrivant en face vient juste de sortir des peignes n'est pas chargé!
- La machine ne fonctionne pas!

Pour obtenir une machine qui charge négativement le condensateur de droite (conseils de F. Bossert):
- décharger les condensateurs par contact entre les boules de l'éclateur.
- présenter un bâton de plexiglas chargé positivement face au balai arrière de droite.
- les secteurs arrières qui passent sur ce balai se chargent négativement par influence.
- retirer le bâton lorsque la machine est amorcée.
Pour obtenir de nouveau une machine qui charge négativement de gauche:
- opérer comme ci dessus en présentant le bâton face au balai avant de gauche
- c'est magique et ça marche très bien

Ce fonctionnement dans le sens trigonométrique apparaît idéal, mais une question se pose encore.

En régime permanent, le secteur jumeau diamétralement opposé porte toujours une charge de signe opposé a celle du secteur étudié. L'inverse pourrait tout à fait se produire. Dans ce cas il est vrai que la machine ne se chargerait pas. Certains auteurs justifient l'apparition de ces charges opposées en affirmant que les balais arrières par exemple constituent un seul conducteur isolé. Sur notre machine, les balais sont tous reliés entre eux ainsi qu'au bâti métallique de la machine. Pour plus de certitudes sur les potentiels, nous avons relié ce bâti et les armatures extérieures des bouteilles de Leyde à la terre. Notre machine fonctionne très bien ainsi.

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[Moses Newman]

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