Piège la foudre dans un bloc

Pour créer de beaux modèles de charge électrique comme celui-ci, vous pouvez utiliser un accélérateur de particules géant. Mais la moquette à poils longs fera également très bien l'affaire.

Par Théodore Gray | Publié le 15 février 2008 à 23 h 06 HNE

Il y a beaucoup de choses inhabituelles à voir autour de Newton Falls, Ohio - le Walmart avec des poteaux d'attelage pour les poussettes Amish, la base de l'armée avec des hélicoptères et des chars fièrement disposés sur les collines - mais j'étais ici pour la chose la plus inhabituelle de toutes : le Dynamitron local. J'étais ici pour faire des éclairs gelés.

Le Dynamitron de l'installation Kent State Neo Beam est un accélérateur de particules de quatre étages et de 5 millions de volts, un peu comme un téléviseur à tube, mais en plus grand. (Oui, les téléviseurs à tube sont des accélérateurs de particules domestiques.) Les dynamitrons et les téléviseurs utilisent des tensions élevées et des aimants pour claquer des électrons dans une cible. Dans un téléviseur, c'est l'écran au phosphore ; dans ce Dynamitron, ce sont généralement des composants de plomberie en plastique durcis par le faisceau. Mais lorsque j'ai rejoint l'équipe de l'ingénieur électricien à la retraite Bert Hickman et des physiciens Bill Hathaway et Kim Goins, le produit était des figurines de Lichtenberg, des éclairs enregistrés en permanence dans un bloc d'acrylique transparent.

Avec le Dynamitron - loué pour la journée - ajusté à environ 3 millions de volts, il projette des électrons à mi-chemin à travers des morceaux de feuille d'acrylique d'un demi-pouce d'épaisseur. Le plastique est un très bon isolant, il emprisonne donc les électrons à l'intérieur. Sortant de la machine, les blocs n'ont pas l'air différents, mais ils contiennent un nid de frelons d'électrons désespérés de sortir.

Laissés seuls, les électrons resteront piégés pendant des heures, mais un coup avec une pointe acérée leur ouvre la voie pour s'échapper rapidement. Les électrons se rassemblent de toutes les parties du bloc, se rejoignant pour former des flux de courant électrique de plus en plus grands sur leur chemin vers le point de sortie. En partant, la charge s'échauffe et endommage le plastique le long des sentiers ramifiés qu'elle suit, laissant une trace permanente de son parcours. Si vous pouviez voir à l'intérieur d'un nuage d'orage dans les nanosecondes précédant l'apparition d'un éclair, vous verriez le même type de motif. Le boulon ne se contente pas d'apparaître complètement formé ; il doit collecter des charges de partout dans le cloud.

Vous pouvez créer des figures de Lichtenberg similaires, bien que moins permanentes, en utilisant de la poudre de toner provenant d'un copieur ou d'une imprimante et de toute source courante d'électricité statique (voir ci-dessous). C'est ainsi que le scientifique allemand Georg Christoph Lichtenberg l'a fait pour la première fois à la fin du XVIIIe siècle (il utilisait du soufre en poudre), ce qui représentait à l'époque l'une des grandes découvertes de l'histoire de l'électricité. Aujourd'hui, les chiffres sont un excellent moyen d'en apprendre davantage sur les décharges électriques et peuvent faire un souvenir sympa d'un après-midi avec une machine très chère.

Créez une figurine de Lichtenberg à partir de poussière fine, tout comme Lichtenberg lui-même l'a fait en 1777.

1. Placez une pointe métallique pointue de sorte qu'elle touche le centre d'une feuille de matériau isolant. (Lichtenberg a utilisé de la résine à base de sève d'arbre ; aujourd'hui, l'acrylique transparent fonctionne bien.)

2. Utilisez une machine Wimshurst (illustrée ci-dessus), un générateur Van de Graaff ou un brassage vigoureux sur un tapis à poils longs pour accumuler de l'électricité statique, puis touchez la pointe métallique avec votre doigt ou avec l'électrode de la machine pour la décharger. Cela forme un motif de charge échouée sur le plastique. La figure de Lichtenberg est là ; vous ne pouvez pas le voir.

3. Soufflez le toner du photocopieur sur la surface. Il collera à l'électricité statique, révélant une belle figure de Lichtenberg. La découverte de Lichtenberg a finalement conduit à l'invention des photocopieurs et des imprimantes laser, où la charge est établie en motifs de mots et d'images.

Cette histoire a été mise à jour. Il a été initialement présenté dans le numéro de mars 2008 du magazine Popular Science.