L'électricité statique

Éclairage Et Installation Électriques 1961

Avez-vous déjà caressé la fourrure d'un chat dans l'obscurité ? Vous avez dû entendre alors un crépitement accompagné d'étincelles qui se dégagent du poil de la bête. Mais d'où proviennent donc ces étincelles et ce pétillement ?

Tout simplement de l'électricité produite par le frottement, et connue sous le nom d'électricité statique.

On peut quelquefois observer le même phénomène lorsqu'on peigne des cheveux longs.

Si l'air est sec, ils émettent un pétillement et dans l'obscurité on discerne facilement alors les minuscules étincelles qui s'échappent des dents du peigne. De plus, des couettes se dressent parfois au-dessus de la chevelure. Qu'est-ce donc qui fait ainsi échapper les cheveux aux lois de la pesanteur ?

Qu'est-ce qui produit les étincelles et le crépitement ?

Comment le frottement peut-il produire de l'électricité statique ?

La réponse est simple: Ces couettes ont perdu quelques-uns de leurs électrons, que le frottement du peigne contre les cheveux a délogés de leur orbite.

Cette perte d'électrons rompt l'équilibre des charges, et ces cheveux deviennent électrisés positivement.
Les charges électriques de même nature se repoussent.

Du fait qu'ils sont chargés positivement vos cheveux doivent donc se repousser les uns les autres. Voilà pourquoi certains d'entre eux se sont dressés après le frottement du peigne. De la même façon, vous pourriez constater que deux peignes, avec une charge négative, se repoussent mutuellement.

 En tenant le peigne chargé près de vos cheveux (qui, eux aussi, sont chargés), vous constatez que le peigne attire certains cheveux. Ce qui prouve que les charges contraires s'attirent mutuellement. Ces deux réactions sont une loi fondamentale en électricité.

Voici, en résumé, l'explication du phénomène. Le frottement des deux corps (peigne et cheveux) a délogé certains de leurs électrons, et en a provoqué le transfert de l'un à l'autre, les chargeant ainsi d'électricité contraire.

L'un est devenu positif, l'autre négatif. Or, les charges contraires s'attirent mais les charges de même nature se repoussent.

Si l'attraction entre les deux charges contraires est assez forte pour rapprocher ces deux charges l'une de l'autre, les électrons retournent à leur place primitive, déchargeant les deux matières et rétablissant alors l'équilibre rompu.

Ce retour produit les étincelles et le pétillement que vous avez constatés en vous peignant.

Par le retour des électrons aux cheveux, la chevelure et le peigne reprennent du même coup leur condition normale, où les électrons négatifs du peigne et des cheveux étaient équilibrés par des protons positifs.

La fig. 9 illustre l'agencement des deux molécules: la première, inerte, sans aucune charge; la seconde, chargée.

Fig. 9.— Le courant électrique naît d'un déséquilibre entre la charge des molécules.

A noter que la molécule chargée est déséquilibrée, puisqu'elle a une charge positive en surcroît, acquise par frottement ou simple contact entre deux substances différentes, qui a soustrait quelques électrons à l'une des substances et déséquilibré ainsi les charges.

Les électrons délogés de l'orbite de leurs molécules se fixent où ils peuvent: ils sont à l'état libre. L'objet qui les adopte acquiert de ce fait une charge négative.

Il est bon de remarquer dès maintenant que la soustraction des électrons d'un corps lui communique une charge positive, tandis que l'addition d'électrons supplémentaires à ce corps rend sa charge négative.

Les manifestations usuelles de l'électricité statique vous sont certainement familières.

Par exemple, rappelez-vous qu'une étincelle jaillit de votre main lorsque vous saisissez un objet métallique après avoir marché sur le tapis de votre salon. Cette étincelle provient de l'électricité statique qu'engendre le frottement de vos pieds sur le tapis.

L'éclair de la foudre émane de l'électricité statique créée par le frottement des particules d'air contre des particules d'eau ; un nuage s'empare à leur passage des électrons libérés et les décharge à l'occasion dans un autre nuage ou vers la terre, produisant un coup de foudre.

POURQUOI LES ÉLECTRONS SE DÉPLACENT

Vous vous demandez peut-être pourquoi, dans les exemples précédents, les protons ne passaient pas des cheveux au peigne, ni du tapis au corps humain, tout comme le faisaient les électrons ?

Tout simplement parce qu'ils sont à peu près 2,000 fois plus lourds que les électrons !

L'eau d'un réservoir est comparable à une charge statique négative. Libérés des protons, les électrons descendent, tout comme l'eau, d'un niveau élevé à tout niveau inférieur.

Comparez les deux diagrammes de la fig. 10. Vous y verrez que les électrons, tout comme l'eau, se déplacent de l'endroit où il y en a beaucoup vers celui où il y en a moins. On pourrait dire que, tout comme un liquide, ils s'écoulent.

Fig. 10.— Analogie entre un courant d'eau et un courant électrique.

Tout corps chargé a un certain potentiel.

Et quand on met en présence deux corps chargés d'électricité à potentiels différents, les électrons tendent à passer de l'un à l'autre — à cause précisément de cette différence de potentiel — tout comme fait l'eau quand il y a différence de niveau.

Autrement dit, c'est la différence de potentiel elle-même qui force les électrons à se déplacer.

En comparant les charges d'électricité dans la fig. 11, vous constaterez que le mouvement des électrons se fait toujours vers le potentiel le plus positif.

Fig. 11.— Le mouvement des électrons, c'est-à-dire le courant électrique, se dirige toujours vers le potentiel le plus positif.

Par contre, il n'y a pas de déplacement d'électrons lorsque les potentiels sont égaux.

L'étincelle qui jaillit d'un corps est un courant électrique. Quand les électrons demeurent stationnaires (charge négative), ils représentent de l'électricité statique; lorsqu'ils entrent en mouvement, ils engendrent un courant électrique. (Fig. 12).

Fig. 12.— Comment un courant électrique est amorcé par le mouvement des électrons.

Vous remarquerez plus loin que l'électricité dont on se sert communément est en général de l'électricité en mouvement, c'est-à-dire du "courant".

Vu qu'il est plus facile de transmettre des électrons dans un fil que dans l'air, les électriciens utilisent des fils pour canaliser le courant électrique. La transmission du courant par voie aérienne (c'est-à-dire par étincelles) n'est qu'accidentelle.

LES CONDENSATEURS

Les réservoirs d'aqueduc des villes sont généralement placés sur des hauteurs ou au sommet d'une tour. En élevant ainsi ces réservoirs, on confère à l'eau qu'ils renferment une pression suffisante pour qu'elfe atteigne le consommateur.

Les condensateurs jouent exactement le même rôle en électricité. Ils consistent en couches alternées de corps métalliques et non-métalliques, généralement disposées en minces feuilles. La bouteille de Leyde est un condensateur des plus simples.

Elle consiste en un bocal de verre dont la moitié inférieure est revêtue, à l'intérieur comme à l'extérieur, d'une feuille métallique, soit de plomb ou d'étain.

Une tige de cuivre, surmontée d'un bouton sphérique, en émerge à  travers le bouchon de bois ou de caoutchouc ; cette tige est reliée à la feuille métallique intérieure par une chaînette pendante, en métal.

La première opération dans le chargement d'une bouteille de Leyde consiste à connecter la feuille extérieure à une prise de terre, au moyen d'un fil. Ce fil est un parfait véhicule au passage des électrons de la bouteille au sol, ou des électrons du sol vers la bouteille.

La fig. 13 représente une bouteille de Leyde, reliée à la prise de terre, et prête à être chargée.

Fig. 13.— Un condensateur simple: la bouteille de Leyde.

Lorsqu'on touche le bouton avec un corps chargé d'électricité négative, les électrons sont introduits par le bouton à l'extrémité de la tige de cuivre, passent par la tige elle-même, la chaînette, puis atteignent la feuille métallique intérieure.

Les électrons, s'accumulant dans la feuille intérieure, repoussent les électrons de la feuille extérieure (les charges de même nature se repoussent), et les expulsent dans le sol. Le contact avec le sol permet d'obtenir une charge beaucoup plus forte, en facilitant la fuite des électrons de la feuille extérieure.

Sans prise de terre, les électrons demeureraient dans la feuille extérieure, s'opposant à toute tentative d'introduire de nouveaux électrons dans la feuille intérieure. Lorsque le potentiel de la feuille intérieure atteint celui du corps chargeur, le courant électrique cesse.

En reliant le bouton à une génératrice électrostatique (Fig. 14), on peut introduire une charge considérable dans la bouteille, qui devient un condensateur chargé.

Fig. 14.— Génératrice électrostatique dont on se sert pour produire l'électricité statique.

Le nuage sur le point d'émettre un éclair de foudre est un condensateur chargé, et pas des moindres !

Pour décharger une bouteille de Leyde, il suffit de connecter la feuille extérieure à un fil bien isolé.

Du moment que ce fil est rapproché du bouton, il en jaillit une grosse étincelle qui saute du bouton à l'extrémité du fil. Cette étincelle représente le passage en masse des électrons qui étaient emmagasinés à haut potentiel dans la feuille intérieure.

On peut facilement décharger un condensateur en touchant la feuille extérieure d'une main et le bouton de la bouteille de l'autre.

Si jamais la chose vous arrive le courant vous traversera ainsi le corps ; vous éprouverez un violent choc.

N'oubliez jamais ce point quand vous manipulez un condensateur.

Les bougies d'allumage des moteurs à gazoline produisent une décharge de cette nature justement parce qu'elles sont alimentées par un condensateur.

Si vous en avez déjà subi l'effet, vous pouvez déduire par comparaison que la décharge d'un condensateur ne doit pas être envisagée à la légère.