Cette expérience de physique amusante est facile à réaliser. Attention, comme toutes les expériences d’électrostatique, cette dernière est d’autant plus réussie qu’elle est réalisée par temps sec.
Matériel
- un ballon de baudruche
- une ampoule fluorescente (ampoule fluocompacte ou tube néon)
- un vêtement (type lainage non représenté sur la photo)
Expérience
Réaliser l’expérience dans le noir. Frotter le ballon sur un lainage puis le rapprocher de l’ampoule. Observer ce qu’il se passe. Comparer les observations suivant que l’ampoule est tenue à la main par le culot ou pas. Suivant que vous déplaciez le ballon rapidement le long de l’ampoule ou que vous immobilisiez ce dernier.
Observations
On observe que l’ampoule s’illumine lorsque le ballon est bien frotté et suffisamment proche de l’ampoule. Pour que l’illumination dure une un certain temps et soit plus étendue spatialement dans le tube, il faut déplacer le ballon en le faisant osciller le long du tube qui constitue l’ampoule.
L’illumination est plus forte lorsque l’ampoule est maintenue à la main par le culot.
Que se passe-t-il ?
Tous les matériaux sont neutres par défaut et sont constitués d’autant de charges positives que de charges négatives Lorsque l’on frotte le ballon de baudruche sur un lainage, ce dernier cède des électrons au ballon.Le ballon se charge négativement. Cette charge négative génère ensuite un champ électrique.
Pour comprendre pourquoi l’ampoule fluorescente s’illumine, il faut comprendre comment cette dernière fonctionne. L’ampoule renferme un mélange d’argon et de vapeur de mercure très raréfié. Lorsque l’on met le tube sous tension, des électrons sont émis par les électrodes de tungstène contenues dans l’ampoule. Lors de leur trajet au travers du tube, ils entrent en collision avec les atomes de mercure. Il en résulte une libération d’énergie sous forme de rayonnement ultraviolet invisible. Ce rayonnement est absorbé par la couche fluorescente présente sur la face interne du tube et qui rayonne ensuite une lumière blanche. La composition chimique de la couche fluorescente détermine la couleur de la lumière émise et l’indice de rendu des couleurs de la lampe.
Ainsi le ballon chargé négativement crée un champ électrique qui provoque la décharge électrique dans le tube qui s’illumine. Le faible courant provoqué dans le tube est d’autant plus élevé que l’on tient l’ampoule par le culot car la main est conductrice et l’illumination est alors plus forte. Le déplacement du ballon permet d’assurer un courant sur une plus grande longueur dans le tube et d’éviter une accumulation de charges dans le tube : le déplacement du ballon permet donc une illumination plus longue et plus étendue spatialement.