Balance de Coulomb

N° d’inventaire : 93

Fonction : loi de Coulomb : les forces s’exerçant entre 2 corps électrisés sont inversement proportionnelles au carré de la distance qui les sépare, et proportionnelles à la valeur de leurs charges.

Description : Les éléments centraux de cette balance sont une aiguille (p) suspendue à un fil de torsion ainsi qu’une boule de laiton (m).
L’appareil se compose d’une cage cylindrique de verre autour de laquelle est collée une bande de papier (C) avec une graduation de 360 degrés. Cette cage est fermée par un plateau de verre (A), au centre duquel s’élève un tube (d) également en verre, qui peut tourner sur lui-même.
Deux garnitures en laiton surmonte ce tube : l’une en haut du tube, porte un indicateur (a) ; l’autre (K) porte un micromètre (e) divisé en 360 degrés, et pivote dans la garniture (b) grâce à un bouton (l). L’indicateur (a) sert de point de repère dans la mesure de l’angle de rotation du micromètre (e) et par suite de la garniture (K).
Au centre de (K) est fixé le fil de torsion très fin, en argent, auquel est suspendue l’aiguille (p), terminée à un bout par  une petite boule de sureau.
Le plateau (A) est également percé d’un trou (r) par lequel on introduit dans la cage un tube de verre (i) qui porte la boule de laiton (m).
La cage est enchâssée dans un plateau en bois qui peut être doté de vis calantes.
(Texte  et schéma ASEISTE)
Mode opératoire : Il convient tout d’abord de régler l’instrument c’est-à-dire de mettre tous les zéros dans le plan vertical qui contient l’aiguille (p) et le fil sans torsion. Pour ce faire, on tourne le couvercle (A) tel que la boule (m) soit placée en face du zéro du cercle gradué (C). Puis, on enlève la boule, on amène le zéro au-dessus du repère (a) puis le repère en face du zéro de la cage. On amène alors le disque ou la boule (n) devant le zéro de la cage en tournant le bouton (l), le fil restant sans torsion. On replace alors la boule (m) et il faut affiner le réglage grâce au bouton (l).
On électrise la boule (m), que l’on met au contact du disque ou de la boule (n) qui, électrisé par contact, est repoussé. On observe qu’après quelques oscillations, il s’immobilise. En effet, le moment du couple des forces de torsion du fil est alors égal au moment de la force répulsive s’exerçant entre (n) et (m).
Supposons que la valeur de l’angle de torsion, lue sur le cadran (c), soit égale à 20 degrés. On tourne le disque (e), dans le sens de la flèche, jusqu’à ce que l’angle lu sur (C) ne soit plus que de 10 degrés ; (n) et (m) sont donc séparées d’une distance deux fois moins grande que précédemment. On lit alors la valeur de l’angle de torsion : elle est égale à 70 degrés. L’angle total de torsion vaut donc 80 degrés (70 degrés dans un sens et 10 degrés dans l’autre) c’est-à-dire quatre fois plus que l’angle de torsion initial. On en conclut que la valeur de la force répulsive est quatre fois plus élevée que la valeur initiale lorsque la distance est deux fois moindre.
(Texte ASEISTE)

Vidéo : balance de Coulomb