Electrostatique et électricité

L'électricité n'est pas une découverte moderne. Elle est connue depuis les Grecs !
L'ambre jaune (résine fossilisée) fût l'un des éléments qui nous permis cette découverte. En effet, on observait qu'en frottant une baguette d'ambre avec une peau de chat, on pouvait attirer spontanément des poussières ou des petits copeaux. On observait le même phénomène avec une baguette de verre.

Inventeur entre autres du paratonnerre, Benjamin FRANKLIN fît d'autres expériences et parla d'électricité positive et négative. Ses travaux furent variés et servirent de base aux futurs chercheurs.
De nombreux progrès furent possibles grâce à des hommes comme Alessandro Volta, André-Marie Ampère, Michael Faraday et bien d'autres.

Notion fondamentales d'électrostatique

Electrisation

Prenons un bâton de résine (ambre jaune = élektron en grec) et frottons le avec un morceau de laine ; le bâton acquiert la propriété d'attirer les corps légers comme les conféttis de papier ou de petites sphères de moelle de sureau. On dit que le bâton de résine s'est électrisé, il y a électrisation de la résine (figure 1).
Baton de résine électrisée attirant des conféttis

Electrisation par frottement

Répétons l'expérience avec un bâton de cuivre tenu à la main, nous n'observons plus aucune action sur les corps légers.
Si nous prenons la précaution de tenir le morceau de cuivre par un manche de verre, l'électrisation apparaît.

Expliquation :
D'une façon générale, tous les corps peuvent s'électriser par frottement, mais il faut les classer en deux groupes :

  • Ceux qui se comportent comme la résine dont la charge électrique reste localisée sur la partie du corps frotté. Ce groupe contient tous les corps que nous appelons les isolants ; résine, verre, ébonite, soufre…,
  • ceux qui se comportent comme le cuivre dont la charge électrique se déplace le long du corps frotté. Dans ce cas cette charge a circulé le long du bâton de cuivre, a traversé le corps de l'expérimentateur et est retournée à la terre.
    L'électrisation n'apparaît que s'ils sont tenus par un manche isolant ; ce groupe contient tous les corps que nous appelons les conducteurs  : métaux, graphite…

Quand un corps n'est pas électrisé, il est dit à l'état neutre.

Electrisation par contact

Nous suspendons une petite balle de moelle de sureau à un fil de soie. Approchons un bâton de verre électrisé de la balle de sureau et observons :

  • la balle de sureau est attirée,
    Le baton de verre électrisé attire la balle
  • elle vient en contact avec le bâton de verre,
    La balle rentre en contact avec le baton de verre électrisé
  • elle est ensuite repoussée par ce même bâton,
    La balle est repoussée par Le baton de verre électrisé
  • Approchons maintenant un bâton de résine électrisée :
    la balle de sureau est attirée.
    Le baton de résine électrisée attire la balle

Expliquation :
La balle de sureau était à l'état neutre au départ de l'expérience. Elle s'est électrisée au contact du bâton de verre et à acquit une charge électrique. Il y a électrisation par contact.
Le bâton de verre et la balle étant maintenant de même charge électrique, ils se repoussent. On dit qu'ils sont de même signe.
A l'approche du bâton de résine la balle de sureau est attirée parce-qu'elle est de charge électrique différente du bâton de résine. On dit qu'ils sont de signes contraires.

Conclusions :

  • Il y a deux espèces d'électricité :
  • l'une semblable à celle produite sur le verre est appelée positive (+),
  • l'autre semblable à celle produite sur la résine s'appelle négative (-),
  • les charges de même signes se repoussent,
  • les charges de signes contraires s'attirent.

Electrisation par influence

Approchons un isolant d'un corps chargé positivement. Les charges positives en excès du corps chargé positivement vont attirer les électrons de l'isolant qui vont se concentrer sur la partie la plus proche du corps (figure 3a).
électrisation par influence
Il y a électrisation par influence.

Pratique

Expérience 1

Découpez des petits morceaux de papier pas plus gros qu'un grain de riz et déposez les sur votre table en bois. Procurez vous un stylo à bille en plastique ou une règle plate par exemple.
Frottez bien le stylo sur votre manche de pull et approchez le au raz des conféttis.
Que se passe-t-il ?

Expérience 2

Si vous disposez d'un sureau (arbre donnant de petits fruits noirs comestibles utilisés pour colorer les sirops) ramassez en une branche morte et fendez la pour récupérer la moelle. La moelle est la matière "mousseuse" blanche qui constitue le coeur des branches.
Faites des micro-billes avec cette moelle et refaite l'expérience 1.

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