Tout le monde a fait l’expérience de l’électricité statique. Par exemple : lorsque vous voyez une étincelle dans le miroir en vous peignant les cheveux, ou que vous touchez une poignée de porte après avoir marché sur un tapis en hiver. L’étincelle que vous voyez est une décharge d’électricité statique. Pourquoi l’appelle-t-on électricité statique ? On l’appelle « statique » parce que les charges restent séparées dans une zone plutôt que de se déplacer ou de « couler » vers une autre zone comme c’est le cas de l’électricité qui circule dans un fil – appelée électricité courante.
L’électricité statique est connue depuis les Grecs anciens qui savaient qu’on pouvait donner aux objets une « charge » électrique statique (une accumulation d’électricité statique) simplement en les frottant, mais ils n’avaient aucune idée que cette même énergie pouvait être utilisée pour produire de la lumière ou faire fonctionner des machines. C’est Benjamin Franklin qui a contribué à mettre l’électricité au premier plan. Il croyait que l’électricité pouvait être exploitée à partir de la foudre.
Qu’est-ce que l’électricité statique exactement ?
L’électricité statique est essentiellement un déséquilibre des charges électriques à l’intérieur ou à la surface d’un matériau. La charge reste jusqu’à ce qu’elle soit « déchargée ». Une charge électrique statique peut être créée chaque fois que deux surfaces se touchent et se séparent, et qu’au moins une des surfaces présente une résistance élevée au courant électrique (et est donc un isolant électrique). L’étincelle familière que l’on voit d’un choc statique – plus précisément, est une décharge électrostatique – causée par la neutralisation de la charge.
D’où vient cette charge ?
Nous savons que tous les objets sont constitués d’atomes et que les atomes sont composés de protons, d’électrons et de neutrons. Les protons sont chargés positivement, les électrons sont chargés négativement et les neutrons sont neutres. Par conséquent, toutes les choses sont constituées de charges. Les charges opposées s’attirent (du négatif au positif). Les charges semblables se repoussent (positive à positive ou négative à négative). La plupart du temps, les charges positives et négatives sont équilibrées dans un objet, ce qui rend cet objet neutre comme c’est le cas des molécules.
L’électricité statique est le résultat d’un déséquilibre entre les charges négatives et positives dans un objet. Ces charges peuvent s’accumuler à la surface d’un objet jusqu’à ce qu’elles trouvent un moyen d’être libérées ou déchargées. Le frottement de certains matériaux les uns contre les autres peut transférer des charges négatives, ou électrons. Par exemple, si vous frottez votre chaussure sur le tapis, votre corps recueille des électrons supplémentaires sur le tapis. Les électrons s’accrochent à votre corps jusqu’à ce qu’ils puissent être libérés comme c’est le cas lorsque vous touchez une poignée de porte métallique.
« … Le phénomène de l’électricité statique nécessite une séparation des charges positives et négatives. Lorsque deux matériaux sont en contact, les électrons peuvent se déplacer d’un matériau à l’autre, ce qui laisse un excès de charge positive sur un matériau, et une charge négative égale sur l’autre. Lorsque les matériaux sont séparés, ils conservent ce déséquilibre de charge… »
Pourquoi vos cheveux se dressent-ils en enlevant votre chapeau ?
Lorsque vous enlevez votre chapeau, des électrons sont transférés du chapeau aux cheveux… pourquoi vos cheveux se dressent-ils ? Puisque les objets ayant la même charge se repoussent les uns les autres .Comme les cheveux gagnent plus d’électrons, ils auront la même charge et vos cheveux se dresseront sur la pointe des pieds. Vos cheveux essaient simplement de s’éloigner le plus possible les uns des autres !
Qu’est-ce que l’effet triboélectrique ?
L’effet triboélectrique est un type d’électrification par contact dans lequel certains matériaux deviennent électriquement chargés après être entrés en contact avec un autre matériau différent, et sont ensuite séparés.
La plupart de l’électricité statique quotidienne est triboélectrique. La polarité et la force des charges produites diffèrent selon les matériaux, la rugosité de la surface, la température, la déformation et d’autres propriétés.
On considère aujourd’hui que l’effet triboélectrique est lié au phénomène d’adhésion, où deux matériaux composés de molécules différentes ont tendance à se coller l’un à l’autre en raison de l’attraction entre les différentes molécules. L’adhésion chimique se produit lorsque les atomes de surface de deux surfaces distinctes forment des liaisons ioniques, covalentes ou hydrogène ; dans ces conditions, il y a un échange d’électrons entre les différents types de molécules, ce qui entraîne une attraction électrostatique entre les molécules qui les maintient ensemble.
Selon les propriétés triboélectriques des matériaux, un matériau peut « capturer » certains des électrons de l’autre matériau. Si les deux matériaux sont maintenant séparés l’un de l’autre, un déséquilibre de charge se produira.
Exemples de séries triboélectriques qui cèdent des électrons :
Charge positive – peau humaine sèche > cuir > fourrure de lapin > verre > cheveux > nylon > laine > plomb > soie> aluminium > papier CHARGE POSITIVE LA MOINDRE
Exemples de séries triboélectriques qui donnent des électrons :
CHARGE NÉGATIVE – téflon >silicone > PVC >bande de scotch >feuille de saran >styrofoam >polyester >or > nickel >caoutchouc -. CHARGE NÉGATIVE LA MOINS ÉLEVÉE
Comment créer de l’électricité statique à l’aide d’un générateur Van de Graaf
Un générateur Van de Graaff est un générateur électrostatique qui utilise une courroie mobile pour accumuler une charge électrique sur un globe métallique creux au sommet d’une colonne isolée. Cela permet de créer des potentiels électriques très élevés. Il produit de l’électricité en courant continu de très haute tension à de faibles niveaux de courant. Il a été inventé par le physicien américain Robert J. Van de Graaff en 1929. (Voir la référence ci-dessous dans Scientific American) La différence de potentiel obtenue dans les générateurs modernes de Van de Graaff peut atteindre 5 mégavolts. Une version de table peut produire de l’ordre de 100 000 volts et peut stocker suffisamment d’énergie pour produire une étincelle visible. De petites machines Van de Graaff sont produites pour le divertissement, et dans les salles de classe de physique pour enseigner l’électrostatique.
