Science et technologie s1154

L'électricité statique

L'électricité statique est associée aux phénomènes de charges électriques au repos.

Les substances qui nous entourent ont normalement autant de protons que d’électrons, ce qui en fait des substances neutres. Cependant, il arrive des situations où ces substances perdent leur neutralité (ou deviennent chargées).  C’est à ce moment qu’il sera possible d’observer des phénomènes d’attraction et de répulsion.

On doit savoir que les électrons sont des particules mobiles. Elles peuvent voyager à l’intérieur d’une substance ou d’une substance à une autre.  Cependant, les protons demeurent toujours dans leur matériau d’origine. 

Lorsqu'il y a un phénomène d'électricité statique, les électrons sont transférés d’un premier objet à un deuxième objet.
Le premier aura un surplus de protons. Il aura donc une charge positive, puisque des électrons ont été transférés vers le deuxième objet.
Le deuxième aura un surplus d’électrons. Il aura donc une charge négative, car il reçoit les électrons du premier objet.

L’attraction et la répulsion des aimants ne sont pas représentatives de phénomènes d’électricité statique car il n'y a pas de transfert de charges.

Il y a trois façons d’électriser un objet ou de lui attribuer une charge.

L’électrisation d’un objet par frottement

L'électrisation par frottement est le phénomène électrostatique qui se produit lorsqu'une substance acquiert ou perd des charges électriques lorsqu'elle est frottée contre une autre substance.Lorsqu’on frotte un objet contre un autre avec une pression suffisante, les électrons seront arrachés de leur milieu d’origine pour se diriger vers une substance qui a la propriété d’attirer davantage les électrons.  Il faut donc savoir quelles substances attirent le plus les électrons. 
La série électrostatique est une liste qui indique comment les matériaux vont perdre ou gagner des électrons lorsqu'ils entrent en contact avec d'autres matériaux.Dans la liste ci-dessous, les éléments situés en haut de la liste ont une plus forte tendance à attirer les électrons (donc, à gagner des charges négatives), alors que ceux situés dans le bas de la liste ont tendance à donner leur électrons, ce qui les amènera à avoir une charge résiduelle positive.

​Tendance à attirer les électrons
​Plastique
​Or
Soufre
Caoutchouc
​Ébonite
​Paraffine
​Coton
​Papier
​Soie
Poils de chat
​Plomb
Laine
​Verre
​Acétate
​Fourrure
​Tendance à donner les électrons

Un morceau d'ébonite est frotté sur un morceau de soie. Quelles seront les charges respectives de chacun des matériaux?

Au départ, les deux matériaux ont une charge neutre.
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Pendant le frottement, l’ébonite attire les charges négatives de la soie, car il apparaît avant la soie sur la liste électrostatique. L'ébonite a donc une plus forte tendance à attirer les électrons.
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Après le frottement, l’ébonite a un surplus de charges négatives.  Ce matériau est donc chargé négativement.  De la même façon, la soie a un surplus de charges positives: c’est pourquoi elle est chargée positivement.
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Par conséquent, si on approchait l’ébonite de la soie après que ceux-ci soient chargés, on observerait une attraction entre les deux matériaux puisque les charges contraires s’attirent.

L’électrisation d’un objet par contact

L'électrisation par contact est le phénomène électrostatique par lequel des charges électriques se déplacent d'une substance vers une autre lorsqu'elles sont mises en contact l'une avec l'autre.Une deuxième façon d’électriser un objet est de lui transférer par contact un surplus de charges appartenant à un autre matériau ou encore d’attirer certaines charges à partir d’une autre substance déjà chargée.

Première étape: On approche un objet chargé électriquement de la sphère métallique qui doit être chargée.
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Deuxième étape: Dans un matériel contenant un surplus de charges négatives, une répulsion existe entre les charges en excès.  Donc, quand le matériel chargé touche à la sphère, cette répulsion fait en sorte que ce surplus de charges négatives sera réparti dans le matériel chargé ainsi que dans la sphère.
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Troisième étape: Lorsqu'on cesse de faire un contact entre les deux objets, la sphère métallique gardera le surplus de charges. Elle aura donc, dans cette situation, une charge négative.
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Si l’objet que l’on approche est chargé positivement, il y a tout de même un déplacement des charges négatives afin de rétablir un équilibre électrique.

Première étape: On approche un objet chargé électriquement de la sphère métallique qui doit être chargée.s1154i7.JPG
Deuxième étape: L’objet chargé positivement attire les charges négatives présentes dans la sphère. Les électrons seront transférés de la sphère vers l'objet rectangulaire.
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Troisième étape: Lorsqu'on cesse de faire un contact entre les deux objets, la sphère gardera le surplus de charges. Elle aura donc, dans cette situation, une charge positive à la fin du processus.s1154i9.JPG

Ce n’est que lorsqu’un objet a été chargé positivement ou négativement que l’on observera de l’attraction ou de la répulsion entre les objets, ce qui est en fait la conséquence du phénomène d’électrostatique. 

L'électrisation d'un objet par induction

L'électrisation par induction est le phénomène électrostatique qui se produit lorsqu'un objet chargé électriquement est mis à proximité d'un objet neutre.Le terme «induction» désigne une action qui se déroule sans contact direct. Ainsi, lorsqu'on approche un objet chargé, positivement ou négativement, d'un objet neutre sans y toucher, les charges de cet objet neutre se réorganisent. Les charges de signes opposés s'accumulent progressivement du côté faisant face à l'objet chargé.

C'est grâce au phénomène de l'induction que des morceaux de papier peuvent être attirés par une surface chargée.

Source

L'électroscope à feuilles est un exemple d'appareil qui permet de détecter la présence d'électricité statique dans un objet. L'électroscope est formé d'une sphère relié à deux feuilles métalliques. Lorsqu'il n'y a aucun objet chargé à proximité de l'électroscope, les charges sont réparties également.

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Lorsqu'on approche un objet chargé négativement de la sphère métallique, les électrons de la sphère sont repoussés dans les feuilles métalliques. Puisque chacune des feuilles gagne des électrons, les deux feuilles s'éloigneront l'une de l'autre en raison de la force de répulsion entre les feuilles.

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Lorsqu'on approche un objet chargé positivement de la sphère métallique, les électrons des feuilles se dirigent vers la sphère, car ils sont attirés par les charges positives de l'objet. Puisque chacune des feuilles perd des électrons, les deux feuilles s'éloigneront l'une de l'autre en raison de la force de répulsion entre les feuilles.

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