Qu’est-ce que l’électricité ?
La première mise en évidence de phénomènes électriques remonte au temps des Grecs, environ 600 ans avant J.C. En effet, ils avaient remarqué une propriété surprenante de l’ambre (un résine fossilisée* dont on fait de jolis colliers) : lorsqu’on la frotte avec un morceau de tissu ou de laine, elle est capable d’attirer des petits objets légers comme des plumes ou des petits morceaux de papier. C’est la découverte de l’électricité statique.
Le mot électricité vient d’ailleurs du mot grec « Elektron » qui signifie justement « ambre ».
* Après la mort des végétaux et animaux, la matière organique se décompose. Cependant, dans certaines conditions (forte température, pression élevée, absence d’oxygène) et avec beaucoup de temps (plusieurs millions d’années), il y a fossilisation. C’est-à-dire une transformation chimique et physique qui se traduit par une forte solidification de l’ensemble : c’est la naissance de l’ambre.
Des cheveux qui se dressent sur la tête
L’électricité est partout et pas seulement dans les piles ou les batteries. Elle se manifeste de façon discrète, comme lorsque tes cheveux se dressent sur ta tête.
Mais que se passe-t-il exactement ?
Il s’agit bel et bien d’électricité que l’ on appelle électricité statique. On va t’expliquer tout ça !
Le mouvement des électrons
Le mot « Elektron » qui a donné son nom à électricité, évoque aussi les électrons qui constituent la matière. C’est la circulation d’électrons qui fait apparaître l’électricité. Mais qu’est-ce qu’un électron ?
Comme tu le sais sûrement, la matière est constituée d’atomes, c’est-à-dire des grains de matière extrêmement petits, les plus petits qu’on puisse trouver .
Au centre d’un atome, se trouve un noyau constitué de charges positives et neutres agglutinées en grappe et retenues ensemble par une force très puissante (d’ailleurs on l’appelle la force nucléaire forte). Autour du noyau, un certain nombre d’électrons (de charge négative), sont disposés sur différentes couches et tourbillonnent à grande vitesse.
Les charges opposées s’attirent alors que des charges similaires se repoussent, c’est ce qu’on appelle la force électromagnétique ; les électrons restent donc à proximité du noyau, formant ainsi l’atome.
En principe, un atome est électriquement neutre car il y a autant de charges positives que négatives : c’est pour cette raison que l’électricité de la matière qui nous entoure passe inaperçue.
Cependant il arrive parfois que les électrons puissent quitter leur atome : c’est ce qui crée l’électricité. L’électricité est donc un mouvement de charges (positives ou négatives). Celles-ci sont généralement « portées » par les électrons qui voyagent, surtout dans les métaux.
L’une des façons possibles pour que les électrons quittent leur noyau est de frotter un objet contre un matériau qui se comporte différemment par rapport aux électrons. En effet, certains matériaux ont tendance à céder leurs électrons au contact d’autres qui vont les capter. Lorsqu’un élément contient plus d’électrons que prévu, il devient négatif. S’il en cède, il y a un déficit de charges négatives : le matériau est donc chargé positivement.
Une fois les électrons cédés de l’un à l’autre, ils s’accumulent et ne se déplacent plus : on parle alors d’électricité statique.
Ainsi par exemple, lorsque tu te coiffes, et que le peigne frotte contre tes cheveux, tu arraches des électrons de ta chevelure qui se charge alors positivement. Portant tous la même charge, tes cheveux ont alors tendance à se repousser et hop, tu as une tête de hérisson !
D’autres expériences amusantes
Tu peux t’amuser à jouer avec l’électricité statique avec ces différentes expériences.
Le ballon au plafond
Tu frottes un ballon contre ta manche puis tu l’approches d’un mur ou du plafond de ta maison. Que remarques-tu ?
Il tient comme collé à la paroi. Que s’est-il passé ? Frottée par le ballon, ta manche a donné des électrons : ceux-ci sont récupérés par le caoutchouc du ballon qui se charge négativement. Lorsque tu approches du mur, les électrons repoussent ceux du mur et rendent la surface chargée positivement. Le ballon (-) adhère alors au mur (+)
Au lieu d’approcher ton ballon d’un mur, tu peux également le rapprocher d’un fin filet d’eau du robinet.
Expérience du charmeur de serpent
Découpe en formant un ruban, un cercle de papier très fin (type papier de soie). Frotte un feutre en plastique contre ta manche et approche-le ensuite du papier.
Tu dois normalement observer ceci :
L’expérience avec l’ambre du début repose sur le même phénomène. L’ambre ou le feutre se chargent négativement lorsqu’ils sont frottés contre ta manche ou contre un tissu quelconque. Les charges négatives du feutre repoussent alors celles du papier : par contre, les charges positives du papier sont alors attirées par l’ambre ou le feutre.
Voici une vidéo montrant et expliquant comment l’électricité statique peut être utilisée pour créer un carillon.
Et les éclairs ?
Lors d’un orage, tu peux observer de magnifiques (mais aussi dangereux) éclairs. Là aussi, c’est l’électricité statique qui entre en jeu.
Pourquoi ?
Quand survient l’orage, des masses d’air importantes se déplacent : l’air s’électrise par frottement et des charges s’accumulent dans les nuages (charges négatives à la base et positives au sommet).
Lorsque la charge électrique est trop grande, il se produit une décharge de foudre entre zones de charges opposées, de façon à rééquilibrer le tout avec une jolie étincelle ; c’est l’éclair.
C’est Benjamin Franklin qui, grâce à un cerf-volant, a prouvé (en 1750) qu’il s’agissait d’un phénomène électrique. Ses recherches ont d’ailleurs mené à l’invention du paratonnerre.
Texte : Pascale BAUGE – Le Monde et Nous
Illustrations : Stéphanie DUBUT – Stef Comics
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