Comment fonctionne l'électricité statique?

Avez-vous déjà reçu un choc en touchant une poignée de porte ou vu vos cheveux devenir crépus les jours particulièrement froids et secs? Si vous avez eu l'une de ces expériences, vous avez rencontré de l'électricité statique. L'électricité statique est l'accumulation de charge électrique (positive ou négative) en un seul endroit. On l'appelle aussi «électricité au repos».

Points clés à retenir: électricité statique

• L'électricité statique se produit lorsque la charge s'accumule en un seul endroit.
• Les objets ont généralement une charge globale de zéro, donc l'accumulation d'une charge nécessite le transfert d'électrons d'un objet à un autre.
• Il y a plusieurs façons de transférer des électrons et donc d'accumuler une charge: le frottement (l'effet triboélectrique), la conduction et l'induction.

Les causes de l'électricité statique

Une charge électrique-défini comme positif ou négatif, est une propriété de la matière qui provoque l'attraction ou la répulsion de deux charges électriques. Lorsque deux charges électriques sont du même type (positives ou négatives), elles se repoussent. Quand ils sont différents (un positif et un négatif), ils attireront.

L'électricité statique se produit lorsque la charge s'accumule au même endroit. En règle générale, les objets ne sont ni chargés positivement ni négativement - ils subissent une charge globale de zéro. Accumuler une charge nécessite le transfert d'électrons d'un objet à un autre.

La suppression d'électrons chargés négativement d'une surface entraînera une charge positive de cette surface, tandis que l'ajout d'électrons à une surface entraînera une charge négative de cette surface. Ainsi, si les électrons sont transférés de l'objet A à l'objet B, l'objet A deviendra chargé positivement et l'objet B deviendra chargé négativement.

Charge par friction (effet triboélectrique)

L'effet triboélectriquefait référence au transfert de charge (électrons) d'un objet à un autre lorsqu'ils sont frottés ensemble, par friction. Par exemple, l'effet triboélectrique peut se produire lorsque vous traînez sur un tapis portant des chaussettes pendant l'hiver.

L'effet triboélectrique a tendance à se produire lorsque les deux objets sont électriquement isolant, ce qui signifie que les électrons ne peuvent pas circuler librement. Lorsque les deux objets sont frottés ensemble puis séparés, la surface d'un objet a gagné une charge positive, tandis que la surface de l'autre objet a gagné une charge négative. La charge des deux objets après séparation peut être prédite à partir du série triboélectrique, qui répertorie les matériaux dans l'ordre dans lequel ils sont susceptibles de se charger positivement ou négativement.

Parce que les électrons ne peuvent pas se déplacer librement, les deux surfaces peuvent rester chargées pendant longtemps, à moins qu'elles ne soient exposées à un matériau électriquement conducteur. Si un matériau électriquement conducteur comme le métal est touché aux surfaces chargées, les électrons pourront se déplacer librement et la charge de la surface sera supprimée.

C'est pourquoi l'ajout d'eau aux cheveux qui frisottent en raison de l'électricité statique supprimera l'électricité statique. L'eau contenant des ions dissous - comme c'est le cas avec l'eau du robinet ou l'eau de pluie - est électriquement conductrice et éliminera les charges qui se sont accumulées sur les cheveux.

Charge par conduction et induction

La conduction fait référence au transfert d'électrons lorsque des objets sont mis en contact les uns avec les autres. Par exemple, une surface chargée positivement peut gagner des électrons lorsqu'elle touche un objet chargé neutre, ce qui fait que le deuxième objet devient chargé positivement et le premier objet devient moins chargé positivement qu'il ne l'était auparavant..

L'induction n'implique pas de transfert d'électrons, ni de contact direct. Il utilise plutôt le principe selon lequel "des charges similaires repoussent et des charges opposées s'attirent". L'induction se produit avec deux conducteurs électriques, car ils permettent aux charges de se déplacer librement.

Voici un exemple de charge par induction. Imaginez que deux objets métalliques, A et B, soient mis en contact l'un avec l'autre. Un objet chargé négativement est placé à gauche de l'objet A, ce qui repousse les électrons sur le côté gauche de l'objet A et les amène à se déplacer vers l'objet B. Les deux objets sont ensuite séparés, et la charge se redistribue sur l'objet entier, laissant l'objet A chargé positivement et l'objet B chargé globalement.

Sources

• Beaver, John B. et Don Powers. Électricité et magnétisme: électricité statique, électricité actuelle et aimants. Mark Twain Media, 2010.
• Christopoulos, Christos. Principes et techniques de compatibilité électromagnétique. CRC Press, 2007.
• Vasilescu, Gabriel. Principes et applications du bruit électronique et des signaux parasites. Springer, 2005.