Expériences de cerf-volant de Franklin

Hypothèse de l'expérience du cerf-volant de Benjamin Franklin

Comme nous l'avons déjà établi, Franklin n'a pas découvert l'électricité. Bien qu'il s'agisse d'un concept scientifique bien établi avec quelques applications pratiques, l'électricité n'a été pleinement comprise que longtemps après la mort de Franklin en 1790. Sur la base des connaissances disponibles sur l'électricité à l'époque, Franklin a remarqué de nombreuses similitudes entre l'électricité et la foudre. Principalement, il a observé que les deux phénomènes :

1. créaient de la lumière ;

2. sont suivis de grands bruits ;

3. ont une odeur très distincte ; et

4. étaient attirés par les métaux.

L'objectif principal de cette expérience était donc de prouver le lien entre les deux concepts, Franklin ayant émis l'hypothèse que la foudre est une forme d'électricité.

Histoire de l'expérience du cerf-volant de Benjamin Franklin

L'idée principale de l'expérience de Franklin était assez simple : recueillir la charge électrique créée dans l'atmosphère terrestre pendant un orage, juste avant qu'un éclair ne frappe. Contrairement à la croyance populaire, Franklin n'a pas été frappé par un éclair, ce qui aurait probablement été mortel.

L'expérience proprement dite aurait été réalisée un jour de pluie dans un champ. Le cerf-volant a été lancé dans le ciel orageux, tandis que Franklin et son fils attendaient dans un endroit sûr et sec. Peu après, Franklin a remarqué que les fils suspendus à la ficelle se tenaient debout et a reconnu des similitudes entre ce comportement et d'autres observations expérimentales faites à l'aide d'un conducteur.

La même chose se produit dans la corde, car le courant la traverse et les charges similaires se repoussent, ce qui fait que les "poils" de la corde se soulèvent. Cette seule observation indiquait que l'hypothèse de Franklin était correcte ; cependant, il est allé plus loin et a touché une clé métallique attachée à la corde. Il a alors ressenti un léger choc électrique et a observé une étincelle. Il a ensuite "recueilli" la charge électrique à l'aide d'un bocal de Leyden (en termes modernes, il s'agissait d'une charge), afin d'effectuer d'autres études.

Diagramme de l'expérience du cerf-volant de Benjamin Franklin

Le dispositif expérimental utilisé par Franklin était assez simple. Un diagramme détaillé du dispositif utilisé est visible ci-dessous.

Chaque composant de ce cerf-volant, a un but, surtout en ce qui concerne les matériaux choisis. La base du cerf-volant est constituée de deux bâtons perpendiculaires, sur lesquels est tendu un mouchoir en soie. La soie a été choisie délibérément, car contrairement au papier, elle est assez solide pour résister aux conditions météorologiques difficiles. Une corde de chanvre est attachée à la base du cerf-volant, se prolongeant jusqu'au sol. Lorsqu'elle est trempée par la pluie, cette corde devient un bon conducteur d'électricité. Au bas de la corde, une clé en métal est attachée à l'aide d'une ficelle en soie. Comme décrit précédemment, Franklin est resté à l'intérieur d'un espace sec pour éviter de devenir lui-même conducteur !

Benjamin Franklin et l'électricité

La fascination de Benjamin Franklin pour la foudre s'explique par une raison pratique. En tant que membre politiquement actif de la société, il s'inquiétait de la quantité d'incendies provoqués par la foudre dans son pays. Après avoir réussi l'expérience du cerf-volant, Franklin a eu l'idée d'obtenir un effet similaire en collectant l'électricité des nuages d'orage à l'aide d'une tige métallique.

Les paratonnerres

C'est ainsi que les paratonnerres ont été inventés et sont devenus un ajout régulier aux bâtiments pour diriger les coups de foudre directement dans le sol. Un schéma montrant une maison équipée d'un paratonnerre est visible ci-dessous.

Les paratonnerres protègent les bâtiments des éclairs en redirigeant l'électricité directement dans le sol grâce à un fil qui y est attaché, Wikimedia Commons.

Ce système est un excellent conducteur, qui permet de dévier le courant dans le sol sans causer de dommages thermiques importants. Essentiellement, la tige métallique devient le point le plus élevé où la foudre peut frapper. Le câble relié à la tige doit avoir une très faible résistance pour éviter qu'il ne chauffe trop en conduisant l'énergie de la foudre.

La cloche de Franklin

Franklin a également mis au point ce que l'on appelle la cloche de Franklin . Il s'agit d'une extension de ses paratonnerres combinée à l'invention originale d'Andrew Gordon, le "carillon électrique".

C'est le tout premier instrument à convertir l'énergie électrique en énergie mécanique. Un diagramme des premières cloches de Franklin mentionnées dans la littérature est visible ci-dessous.

Cloches Franklin - un système d'alarme utilisé au 18ème siècle pour prévenir des orages à venir, Wikimedia Commons

Le principe de base de ce dispositif est le suivant. L'une des cloches est reliée au paratonnerre, une autre - à une tige mise à la terre. Pendant un orage, la cloche métallique attachée au paratonnerre accumule une charge qui finit par attirer le battant de la cloche. Lorsque le battant et la cloche entrent en contact, leurs charges deviennent identiques, ce qui les fait se repousser. La cloche reliée à la terre a maintenant une charge opposée à celle du battant, ce qui fait qu'ils s'attirent et répètent le même processus qu'auparavant. Par la suite, le système créera du bruit tant que l'orage durera.

Vocabulaire

En plus de ses inventions pratiques, Benjamin Franklin a aussi largement contribué à introduire et à décrire des définitions et des concepts cruciaux dans l'étude de l'électricité. Par exemple, des termes tels que conducteurs, batteries et charge sont le fruit de son imagination. Franklin pensait que tous les objets contenaient "un seul fluide" et que, selon qu'il y a un surplus ou un manque de ce fluide, l'objet est chargé positivement ou négativement, respectivement. Bien que cette théorie ne soit pas tout à fait exacte, la terminologie utilisée par Franklin lui-même est encore très répandue aujourd'hui.