Est1-1 - Balance de Coulomb
Fonction
Sert à étudier l'interaction entre deux charges électriques.
Description
Un petit bâton horizontal On de matière isolante (gomme laque) est suspendu à l'extrémité inférieure d'un fil de torsion. Ce bâton porte à l'un de ses bouts un petit conducteur n (boule de sureau, disque de clinquant). On peut tourner d'un angle mesurable l'extrémité supérieure du fil de torsion à l'aide du disque gradué e et du repère fixe a. La rotation du bâton (et donc de l'extrémité inférieure du fil de torsion) peut aussi être mesurée à l'aide d'une bande de papier c divisée en 360 degrés, collée sur la paroi de la cage de verre cylindrique.
En second conducteur m (petite sphère de cuivre) fixé à l'extrémité inférieure d'une tige verticale isolante i, peut être placé dans le plan horizontal de rotation du bâton On. La tige i et le conducteur m peuvent être mis en place (ou retirés) par l'ouverture r, à l'aide d'un bouton isolant. Il importe de bien dessécher l'air contenu dans l'appareil (chaux vive dans un soucoupe).
En l'absence de toute charge sur m et sur n, on place n à une distance d de m puis on charge m ; n est d'abord attiré puis (s'il y a contact) repoussé. La torsion du fil permet le calcul de la force de répulsion. L'expérience, répétée pour diverses valeurs de d permet de vérifier que la force est proportionnelle à d-2.
On peut diviser par 2 la charge de m en mettant celle-ci en contact avec un petite sphère de cuivre isolée, identique, et vérifier que, pour la même valeur de d, la force est divisée par deux ; en répétant cette expérience, on divise encore par deux et la charge et la force (toujours pour une même valeur de d). On en déduit les lois de Coulomb : loi en d-2, proportionnalité de la force à la charge de m et à la charge de n.
Histoire
Charles Auguste de Coulomb est un physicien né à Angoulême en 1736, mort à Paris en 1806. Entré dans le Génie, il construisit le fort Bourbon à la Martinique. Dressons une liste de ses principaux travaux en physique.
- Il établit les bases de la théorie de la résistance des matériaux en 1773.
- Il énonce les principes des machines simples et les lois sur le frottement en 1779 (étude du frottement aussi par John Desaguliers).
- Il établit les lois et la théorie de la torsion en 1784.
- Il construit la balance de torsion, et établit les lois qui portent son nom en électricité en 1785.
- Il invente le « plan d'épreuves » montre que les charges se répartissent en surface sur les conducteurs et étudie leur répartition de 1786 à 1788.
- Il est élu membre de l'Académie des Sciences en 1781, de l'Institut à sa création en 1785.
Les expériences de Coulomb ont été reprises par sir William Harris (1791-1867) à l’aide d’une suspension à torsion bifilaire et, aussi, à l’aide d’une balance très sensible. Il constate d’importants écarts à la loi. Ces écarts furent expliqués par les phénomènes d’influence (traité d’électricité de M de la Rive). Il peut même arriver que deux conducteurs chargés de même signe s’attirent à très courte distance au lieu de se repousser !
Vraie seulement pour des charges ponctuelles irréalisables, mais fondement de toute la théorie électromagnétique, la loi de Coulomb est indirectement et plus sûrement prouvée par la vérification expérimentale de toutes les conséquences qu’on en déduit.