Générateur de Van de Graaff
Le générateur de Van de Graaff (VDG), un dispositif électrostatique développé par le physicien et inventeur américain Robert J. Van de Graaff en 1929, est capable de produire des tensions très élevées tout en maintenant un courant plus faible et constant. Ce dispositif utilise une courroie mobile pour accumuler une charge électrique sur un globe métallique creux situé au sommet d’une colonne isolée, créant ainsi des potentiels électriques très élevés. Les générateurs de Van de Graaff modernes peuvent atteindre une différence de potentiel allant jusqu’à 5 mégavolts.
Outre son utilisation dans l’enseignement des propriétés de l’électrostatique aux étudiants en physique, le générateur de Van de Graaff a été principalement utilisé comme source d’alimentation pour les accélérateurs de particules. Les machines à rayons X alimentées par Van de Graaff ont également été utilisées pour l’imagerie et le traitement médical.
Électricité Statique
L’électricité statique est un terme informel désignant les phénomènes causés par l’accumulation de charge électrique à la surface de divers corps et objets et leur échange au contact les uns avec les autres. La plupart de l’électricité statique que nous rencontrons au quotidien est due à l’effet triboélectrique. Cet effet se produit lorsqu’un matériau se charge électriquement après être entré en contact avec un autre matériau, puis séparé de celui-ci. La friction entre les deux matériaux augmente considérablement cet effet en raison du contact et de la séparation fréquents de ces matériaux.
Les jours secs, l’électricité statique est beaucoup plus perceptible car l’air contient moins de molécules d’eau pour permettre des fuites. Il est à noter qu’une très haute tension est nécessaire pour générer chaque 1mm d’arc électrique. L’air est un très mauvais conducteur d’électricité et possède une forte résistance diélectrique, presque 3000V/mm. Dans des conditions sévères, jusqu’à 15 000 volts ont été enregistrés, bien qu’il soit courant de rencontrer 5 000V. De nombreuses personnes ne ressentent pas de choc d’une décharge d’électricité statique de moins de 2 000-4 000V. La principale raison pour laquelle le choc causé par l’électricité statique ne blesse personne est son très faible ampérage.
Construction et Fonctionnement
Un générateur de Van de Graaff simple comprend une courroie en caoutchouc (ou un matériau diélectrique flexible similaire) se déplaçant sur deux rouleaux de matériaux différents, l’un d’eux étant entouré par une sphère métallique creuse. Un électrode métallique en forme de peigne avec des pointes aiguës est positionnée près de chaque rouleau. Le peigne supérieur est connecté à la sphère et l’inférieur à la terre.
Lorsqu’un moteur entraîne la courroie, l’effet triboélectrique provoque le transfert d’électrons des matériaux différents de la courroie et des deux rouleaux. Comme on peut le voir sur la figure, le caoutchouc de la courroie deviendra chargé négativement tandis que le verre acrylique du rouleau supérieur deviendra chargé positivement. La courroie emporte une charge négative sur sa surface interne tandis que le rouleau supérieur accumule une charge positive.
Questions Fréquemment Posées
Qu’est-ce qui cause l’électricité statique? La plupart de l’électricité statique que nous rencontrons est causée par l’effet triboélectrique. Cela peut facilement être produit en frottant deux matériaux dissemblables ensemble, comme de l’ambre avec de la fourrure ou du verre avec de la soie.
Quelle tension l’électricité statique atteint-elle? Il est assez courant de rencontrer 5 000V. En fait, beaucoup de gens ne ressentent pas de choc d’une décharge d’électricité statique de moins de 2 000-4 000V. La principale raison pour laquelle le choc causé par l’électricité statique ne blesse personne est son très faible ampérage.
Quels sont les principaux types de générateurs électrostatiques? Il existe différents types de générateurs électrostatiques (ESG) ; ils peuvent être des générateurs à friction ou à induction. Parmi eux, la machine de Wimshurst, le générateur de Van de Graaff et le générateur à disque rotatif à haute tension.
