La grêle de Volta

Une belle expérience d'électricité statique pour illustrer la répulsion des charges électriques de même signe et l'attraction des charges électriques de signes opposés, comme dans le carillon électrostatique.

1 Matériel

• Pour cette expérience, on utilise une boîte transparente (en verre ou en plexiglass) dont les faces du bas et du haut sont en métal (feuille ou scotch d'aluminium). Les deux faces sont reliées aux deux bornes d'un générateur électrostatique (Wimshurst ou van de Graaff).
• À l'intérieur de la boîte, on place des boulettes de papier ou d'aluminium de la taille d'un petit pois (ou plus petit).

2 Observations

• Lorsque le générateur est mis en marche, les boulettes "s'envolent" vers la face supérieure et retombent. Avec une grande quantité de boulettes, le son produit ressemble à de la grêle, d'où le nom de cette expérience.
• On remarque que les boulettes rebondissent entre les deux plaques, positive et négative, qu'elles soient en papier (isolant) ou en aluminium (conducteur).

3 Explications

• Posées sur la plaque du bas, les boulettes se chargent soit positivement, soit négativement (selon la borne reliée à la plaque du bas). De fait, elles sont repoussées par la plaque du bas et attirées par la plaque du haut (force électrostatique de Coulomb), et les boulettes de même charge se repoussent, tout comme dans l'expérience du carillon électrostatique.
• Dès qu'une boulette atteint l'autre plaque, elle s'y décharge et prend la charge de cette plaque. Elle est donc repoussée et attirée par la plaque opposée.
• Ce mouvement de va-et-vient se poursuit tant que le générateur est en marche.
• Il arrive parfois qu'en fin d'expérience, quelques boulettes restent collées sur la paroi du récipient (surtout s'il est en plexiglass), comme si elle était en lévitation entre les deux plaques. Cet effet est dû à la charge résiduelle sur les boulettes qui est de même signe que la plaque du bas (donc repoussée) et à une attraction électrostatique entre la paroi et la boulette.

4 Vidéo

Vidéo de l'expérience pendant la journée Physique en fête :

• Expériences par le Lycée Montaigne (Bordeaux) (6,3 Mo, QuickTime)
• Expériences par le Lycée De Borde (Dax) (10,8 Mo, QuickTime)