Le générateur de Van de Graaf

Le générateur de Van de Graaf
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Introduction
Un générateur de Van de Graaf est un appareil qui sépare les charges électriques en produisant une haute tension et un
faible courant électrique. L’appareil est composé d’une base contenant un moteur électrique, d’un tuyau cylindrique et d’une
large sphère d’aluminium creuse sur le dessus. Le moteur électrique est attaché à une courroie de transport faite de
caoutchouc ou de plastique (c’est-à-dire d’un matériau isolant). Le moteur est également rattaché à deux « peignes » de
métal, un à la base et l’autre à la partie supérieure, qui est aussi relié à la sphère. Les dents des peignes pointent vers la
courroie.
Comment est-ce que ça fonctionne?
Le générateur de Van de Graaf est un séparateur de charges. Lorsque le moteur électrique est allumé, la courroie se met
en marche. Elle accumule une charge électrique à partir du peigne en métal de la base (A) et le dépose ensuite sur le peigne
de la partie supérieure de l’appareil (B). Par exemple, si la courroie collecte une charge positive (des protons) sur le peigne
inférieur, elle déposera cette charge sur le peigne en métal supérieur. Cette charge sera alors transférée à la sphère de
métal. Au fur et à mesure que la courroie continue à bouger, la charge augmente aux deux extrémités.
Cette augmentation de la séparation des charges accroît le potentiel électrique (la tension) entre les deux extrémités du
générateur.
Quelle tension un générateur de Van de Graaf produit-il?
Un petit générateur de Van de Graaf, d’environ un mètre de hauteur, peut facilement produire entre 100 000 et 500 000
volts (V). Bien que cela puisse sembler dangereux, l’appareil peut, en réalité, être utilisé presque sans danger. Le courant
produit est relativement faible.
À quoi servent les générateurs de Van de Graaf?
Au début des recherches sur la radioactivité et la structure de l’atome, les générateurs de Van de Graaf étaient
communément utilisés comme sources d’alimentation pour les accélérateurs de particules linéaires. Ils sont encore utilisés
pour alimenter les appareils à rayons X à haute énergie. Les générateurs de Van de Graaf sont utiles dans les laboratoires
pour l’étude de l’électrostatique.
Forces et charges électriques
1. Classe les éléments suivants : (Place un « X » dans la bonne colonne)
Conducteur Isolant
Corps humain _________ _________
L’air _________ _________
Le bois _________ _________
Le caoutchouc _________ _________
Le plastique _________ _________
L’aluminium _________ _________
L’argent _________ _________
La laine _________ _________
Le cuivre _________ _________
Le fer _________ _________
La fourrure _________ _________
2. À l’aide de la liste de mots ci-dessous, complète les phrases qui suivent. Chaque mot peut être utilisé plus d’une
fois. Positives, positivement, négatives, négativement, différentes opposées
a. Les charges ____________________ sont des charges différentes
b. Deux charges identiques sont soit toutes les deux _______________, soit toutes les deux ______________.

c. Si deux charges __________________ sont approchées l’une de l’autre, elles seront affectées par la force
d’attraction.
d. Si un objet chargé ______________ est approché d’un électroscope chargé positivement, les feuilles de
l’électroscope s’éloigneront l’une de l’autre.
e. Si un ballon chargé ______________ est approché d’une tige chargée positivement, le ballon sera attiré par la
tige.
f. Un morceau de plastique est neutre. Cela signifie qu’il contient le même nombre de charges _____________ que
de charges _________________.
3. Les illustrations ci-dessous montrent deux balles chargées suspendues à de minces fils. Une des balles de chaque
illustration porte une charge identifiée positive (+) ou négative (-). Les flèches indiquent l’attraction ou la répulsion
entre les deux balles. Indique sur l’illustration la charge des balles non identifiées.
Questionnaire sur les orages électriques
Répondez sur une feuille séparée les questions suivantes. Assure-toi d’avoir lu les pages 313 à 315 d’OMNISCIENCES 9
avant de répondre aux questions suivantes.
1. Comment la séparation des charges se produit-elle dans un nuage?
2. Que se passe-t-il au sol directement sous un nuage orageux?
3. Comment les éclairs se produisent-ils?
4. Pourquoi la foudre déclenche-t-elle souvent des incendies de forêt?
5. Même si les éclairs semblent provenir des nuages, d’où viennent-ils vraiment? Explique ta réponse.
Les charges électriques.
Le chapitre 9 t’a fait connaître différents aspects des charges électriques. Des concepts de base concernant leur nature
jusqu’à leur interaction avec diverses substances, tu réalises probablement déjà que les charges électriques sont partout
autour de nous. Souviens-toi de toute la matière que tu as étudiée au chapitre 9, y compris des expériences et des
activités, pour t’aider à résoudre les problèmes suivants. Répondez aux questions suivantes sur une feuille séparée.
1. Suppose que ce soient les charges positives (protons) qui se déplacent d’une substance à l’autre plutôt que les
charges négatives (électrons). Quel effet une hypothèse pareille aurait-elle sur l’électricité statique telle que nous
la connaissons?
2. Pourquoi les métaux sont-ils de bons conducteurs d’électricité alors que les substances comme le plastique sont
d’excellents isolants?
3. Tu as entre les mains une tige chargée négativement et tu désires donner une charge négative à un morceau de fer.
Comment t’y prends-tu pour obtenir le résultat voulu?
4. Alors que tu marches sur du tapis, des électrons quittent ton corps et aboutissent sur le tapis. Quelle est la
charge de ton corps lorsque tu tends la main vers la poignée de porte? Explique.
5. Pourquoi un écran de télévision accumule-t-il autant de poussière même s’il est nettoyé régulièrement?
6. Une élève donne une charge négative à un peigne en plastique. Elle approche le peigne d’un petit objet et remarque
que l’objet est aussitôt attiré par le peigne. Elle en conclut que le petit objet doit être chargé négativement. Sa
conclusion est-elle juste? Explique ta réponse.
7. Suppose que l’objet de la question précédente ait été repoussé par le peigne. Quelle serait alors ta conclusion?