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ÉLECTRICITÉ STATIQUE

· Structure de la matière :

Dès l'Antiquité, on a pensé que la matière ne pouvait se diviser indéfiniment. La dernière particule, celle qu’on ne peut plus diviser, a été appelée “ atome ” (ce qui en grec signifie : insécable (qu’on ne peut diviser)).
Toute matière est formée d’atomes. On a découvert 115 différents genres d’atomes, repertoriés dans un tableau (le tableau périodique).
Au centre de chaque atome il y a un noyau qui est constitué de protons (porteurs d’une charge +) et de neutrons (neutres c’est à dire qu’ils ne portent pas de charges). Autour de ce noyau gravitent des particules encore plus petites : les électrons, porteurs d’une charge -.

· Charges électriques :

Dans un atome, quand il y a autant de protons que d’électrons, on dit que celui-ci est neutre.
Un atome qui perd des électrons devient positivement chargé (il y a plus de protons que d’électrons) : on l’appelle alors un ion positif (cation).
Un atome qui gagne des électrons devient négativement chargé (il y a moins de protons que d’électrons) : on l’appelle alors un ion négatif (anion).

Lorsque l’on frotte deux objets l’un contre l’autre, ils deviennent “électrisés” ou encore chargés d’électricité : il y a eu un échange d’électrons entre eux. Comme la charge électrique créée ne bouge pas on parle d’électricité statique.

· Conducteurs et isolants :

Un isolant est un matériau qui ne laisse pas circuler les électrons librement : par exemple l’air, le plastique, le verre sont des isolants car la charge ne se déplace pas au sein de la matière.
Un conducteur est un matériau qui laisse circuler les électrons librement : les mé taux, l’eau salée et le corps humain par exemple. Certaines substances comme les métaux sont des meilleurs conducteurs que d’autres.

· Loi de Coulomb (Principe d’attraction et de répulsion) :

Des charges de même signe se repoussent et de signes différents s’attirent.

· Détection des charges :

Les scientifiques ont dressé une liste qui permet de déterminer la nature de la charge acquise par une substance lorsqu’elle est frottée à une autre substance : cette liste détermine le potentiel électrostatique de diverses substances.
-> voir annexe.

Pour détecter la nature des charges, on peut utiliser un appareil qui s’appelle l’électroscope : grâce aux mouvements des feuilles (s’attirent ou se repoussent) on peut prédire d’après la Loi de Coulomb la nature des charges.

· Méthodes d’électrisation :

1) Chargement par frottement :

Quand on frotte deux objets entre eux, un échange possible d’électrons se produit (potentiel électrostatique) et donc apparition d’une charge.
Ex : quand on enlève son pull, on ressent la présence de charges dûes au frottement du pull sur le tee-shirt.

2) Électrisation par contact :

Il peut arriver quand tu touches la poignée de la porte après avoir traversé une pièce avec un tapis que tu ressentes un choc : le frottement de tes pieds avec le tapis du sol a créée une charge qui va être transmise par contact entre ton corps et la poignée.
Un objet qui s’électrise par contact reçoit toujours le même type de charge que possède l’objet chargé initiallement : si je suis chargé positif et que je touche la porte, alors celle-ci sera chargée positivement à son tour.

3) Électrisation par induction : pendule électrostatique

C’est une électrisation qui se produit sans contact direct : on approche un objet chargé d’un autre objet neutre et celui-ci prend une charge contraire.
Par exemple si j’approche une tige chargée négativement d’un autre tige neutre, alors d’après la Loi de Coulomb les particules positives de ma tige neutre vont être attirées par la charge négative et vont donc se déplacer dans la direction de la tige chargée : les charges de la tige neutre ne sont plus réparties uniformément et donc la tige devient chargée positivement.

· L'électroscope :

Les électroscopes simples sont constitués par un plateau relié par un conducteur à deux feuilles conductrices de masse très faible (feuilles d'or ou mylar métallisé). Une boite métallique avec des fenêtres vitrées (pour l'observation des feuilles) sert d'écran électrostatique et protège les feuilles des courants d'air.
Quand les feuilles sont chargées elles portent des charges de même signe qui se repoussent et les feuilles s'écartent. La déviation est d'autant plus importante que la charge est grande.
Il est possible de charger l'électroscope par contact en apportant une charge (positive ou négative) qui se répartit sur le plateau et les feuilles.
On peut aussi le charger par influence.
Par frottement sur un tissu bien sec, on charge une tige d'ébonite. Dans ce cas la tige porte des charges négatives. Par contre, une tige de verre bien sèche se charge positivement par frottement.
Si on approche la tige du plateau de l'électroscope, il apparaît par influence des charges de signes opposées (positives) sur le plateau. L'électroscope étant isolé sa charge totale reste nulle. Il apparaît donc des charges négatives sur les feuilles qui s'écartent. On met alors le plateau à la terre (il suffit de toucher le plateau avec le doigt). Les charges négatives des feuilles s'écoulent vers la terre et les feuilles se rapprochent; par contre comme la tige reste à proximité du plateau celui porte toujours ses charges positives induites.
On isole à nouveau le plateau (on retire le doigt) et on éloigne la tige chargée. L'influence entre la tige et l'électroscope cesse. La charge du plateau se répartit entre celui-ci est les feuilles qui divergent à nouveau. L'électroscope est chargé positivement. En utilisant un objet chargé positivement, on chargerait l'électroscope négativement.
Si on apporte par contact une charge sur un électroscope ainsi chargé, la déviation des feuilles augmente si la charge a le même signe que l'électroscope. Elle diminue dans le cas contraire.
Les électroscopes modernes sont fabriqués autour d'un transistor à effet de champ à canal induit. Les charges amenées sur la grille modifient le pincement du canal et donc la conduction du transistor.