Machine de Wimshurst

La machine de Wimshurst
	PRINCIPE Le générateur se compose de deux plateaux identiques, sur lesquels sont généralement collées des bandes de papier d'étain, et qui tournent en sens inverse. Deux conducteurs diamétraux, à 60° , portent à leurs extrémités des balais frottant sur les plateaux. Deux paires de peignes recueillent les charges des plateaux, et chargent les condensateurs de l'appareil. Un éclateur réglable complète le tout.
Le fonctionnement est symétrique, avant-arrière, au signe près. Considérons un demi-tour de plateau. Examinons, en supposant les plateaux munis de secteurs métalliques, les phénomènes dans chaque zone.
La charge des secteurs arrière est négative. Il apparaît par influence des charges + et - sur les secteurs avant.
Le secteur avant est mis à la terre (ou en contact avec le secteur diamétralement opposé, si les porte-balais sont isolés) par le balai (déverseur). Comme pour l'électrophore, il ne reste que des charges + en regard des secteurs arrières. C'est ici que se produit la charge par influence du secteur avant.
	Il y a superposition de deux états : la charge + acquise par le secteur dans la zone no 2, et l'influence comme dans la zone no 1. La charge des secteurs avant est maintenant +.
L'effet symétrique de celui de la zone no 2 se produit pour les secteurs arrière; ils acquièrent là une charge (qui ira ensuite influencer les secteurs avant dans la zone n°2).
		Zone 5 : les secteurs avant, toujours chargés + progressent vers les peignes de la borne + . Zone 6 : décharge du secteur avant (et du secteur arrière venant du bas) entre les peignes (capteur) : nous sommes à l'intérieur d'une cage de Faraday
	Bien entendu, il se produit sur les autres demi-plateaux des effets symétriques. On pourra symboliser les distributions électriques induites par influence sur le schéma. Les plateaux sont représentés par des cercles concentriques. La distribution des couches tend à se maintenir.
Le fonctionnement de la machine de Wimshurst n'est pas aussi simple qu'il apparaît à première vue. La littérature scientifique semble parsemée d'approximations à ce sujet. Une étude approfondie des équipotentielles ou du champ autour de la zone no 2 est nécessaire.	La figure nous montre que le champ électrique se resserre vers le secteur à la terre. Le théorème des éléments correspondant nous montre alors que la charge du secteur à la terre est supérieure à la charge unitaire des secteurs du disque opposé. Le processus de la zone no 2 est divergent, et la charge des secteurs électriques augmente jusqu'à la limite de fuite (on observe facilement ces fuites dans l'obscurité). On peut réaliser le transport des charges sur l'isolant, en ne collant pas de secteurs métalliques. Il faut alors remplacer les balais par de soigneux peignes ioniseurs. On l'appelle machine de Bonetti. Avec des secteurs métalliques et des balais elle est plus simple à construire et à mettre au point, malgré les inconvénients (plus de fuite, " réaction d'induit " plus importante).
	Les pôles de la machine se chargent donc d'électricités contraires. Deux bouteilles de Leyde permettent une accumulation suffisante des charges. Remarquons la construction symétrique par rapport à la masse : nous aurons simultanément les deux électricités. En utilisant l'analogie entre E, champ électrostatique et H, excitation magnétostatique (ou V et I), on peut comparer un générateur électrostatique à un générateur électromagnétique. Ce dernier est caractérisé par sa Lé.m. à vide, son impédance interne, le courant fourni, l'électrostatique le sera par son courant de court-circuit, sa conductance interne (fuites) et la d.d.p. fournie (on pourra aussi comparer les réactions d'induit). C'est donc un générateur de courant ! (fia. 8). Réversibilité. Le très faible rendement des machines anciennes rend l'expérience délicate, (avec 2 machines, les amorcer, dérailler les courroies du moteur). Amorçage et polarité. Amorçage : présenter un bâton électrisé à l'opposé d'un balai, ce qui amorce le cycle d'influence, et détermine le signe des pôles. Même l'éclateur ouvert, la machine démarre! La machine est symétrique et le signe des pôles dépend des conditions initiales. En utilisant pour l'amorçage un bâton frotté dont on connaît le signe de l'électricité, il est possible de démarrer la machine déchargée avec le signe voulu sur le pôle voulu. On peut reconnaître le pôle positif à l'extrémité plus brillante de l'étincelle grêle que donne la machine privée de ses condensateurs. [Bois. 15]. Si on utilise un tube à gaz au néon, du type pour tester la présence de la tension secteur, c'est l'électrode négative qui s'illumine en rouge. Rien de surprenant : il y a transport de charges électriques. La d.d.p. maximale que peut fournir la machine n'est limitée que par ses fuites : aigrettes, étincelles entre les différentes parties. Les meilleures montent à 100 kV (10 à 15 cm d'étincelles). Quelques potentiels explosifs dans l'air sec entre boules 1 cm, - 25 kV - 3 cm, - 50 kV - 10 cm, - 80 à 100 kV.
PRUDENCE! NE PAS CHARGER DE GRANDE BATTERIE DE CONDENSATEURS DANGER DE MORT. Article paru dans le Bulletin de Liaison des Professeurs de Sciences et de Technologie n° 3, septembre 1975, publié par le CRDP de Strasbourg , et réédité dans le BULLETIN DE L'UNION DES PHYSICIENS No 696, juillet, août, septembre 1987, page 881. L'article complet est visible sur l'article rédigé par Monsieur François Bossert.