Appareils d'électrostatique

Est2-1 - Cage de Faraday

Fonction

Elle sert à montrer :

• que le champ électrique est nul à l'intérieur d'une cavité creusée dans un conducteur soumis à un potentiel électrique élevé ;
• que la charge du conducteur n'existe que sur sa surface extérieure et qu'elle crée un champ électrique au voisinage, à l'extérieur du conducteur.

Description

Ressemblant à une cage à oiseaux, la cage de Faraday est faite d'un grillage dont les orifices permettent de voir l'intérieur tout en étant suffisamment étroits pour que la cage se comporte comme une enveloppe conductrice continue.

Des petites boules de « moelle de sureau » sont suspendues à des fils conducteurs accrochés aux parois de la cage, les unes à l'extérieur, les autres à l'intérieur.

Lorsque la cage, reliée à une machine électrostatique, est portée à un potentiel élevé, on voit les boules de sureau externes s'écarter fortement de la cage témoignant ainsi d'un fort champ électrique extérieur alors que les boules internes pendent au bout des fils de suspension, qui restent verticaux, prouvant ainsi que le champ électrique interne est nul ou très faible. Les propriétés des conducteurs creux sont aussi utilisées dans le cylindre de Faraday.

Parmi les applications modernes, citons les écrans protecteurs des circuits électroniques, la protection contre la foudre (paratonnerre à cage de Faraday), les conducteurs creux des générateurs électriques de Van de Graaf.

Histoire

Michaël Faraday (1791-1867) chimiste et physicien anglais, suivit les cours de Davy qui le fit nommer aide-préparateur (1813) et l'emmena en voyage avec lui en France et en Italie. Dans les années 1820-1822, il fit de très importantes découvertes relatives aux propriétés magnétiques des courants, il montra la réversibilité de la roue de Barlow. Il réalise la liquéfaction du dioxyde de carbone, du chlore et de l’hémioxyde d’azote en 1823. Il découvre le benzène en 1824. En 1813, il découvre le phénomène d'induction électromagnétique. Il énonce les lois quantitatives des lois de l'électrolyse (1833-1834). Il étudie l'influence des diélectriques en électrostatique, découvre la polarisation rotatoire magnétique, et le diamagnétisme en 1845 (Eld3-1).