5 faits sur la cause de l'électricité statique

La physique derrière l'électricité statique explique ce qui se passe lorsque vous recevez un choc en touchant la poignée de porte après avoir marché sur un tapis. L'électricité statique peut être produite par divers moyens et est utilisée dans certains cas pour alimenter des appareils et de l'électronique spéciaux. Connaître certains des principes de base de l'électricité statique peut aider à prévoir quand vous pourriez rencontrer de l'électricité statique, de mauvais jours de cheveux ou d'autres exemples d'électricité statique dans votre vie.

Niveau atomique

Au niveau atomique, les électrons, qui orbitent autour du noyau des atomes, ont le potentiel de se déplacer entre différents atomes. Selon la distance de leur orbite par rapport au noyau de l'atome et la force du noyau à retenir ses électrons, les électrons peuvent passer dans l'orbite autour du noyau d'un autre atome, créant un ion chargé négativement. Un atome qui perd des électrons prend une charge positive globale. L'électricité statique implique le déplacement d'électrons, créant un déséquilibre de charges atomiques positives et négatives.

Contact de surface de matériaux similaires

En gardant à l'esprit la structure atomique et l'intégrité des matériaux, les électrons peuvent être transférés par contact de surface de certaines substances. Par exemple, si deux conducteurs, qui ont généralement des électrons faiblement liés au niveau atomique, sont frottés ensemble, ils peuvent facilement transférer des électrons, créant ce déséquilibre de charges. Avec deux isolants, comme des chaussures marchant sur un tapis, les électrons passent du tapis à votre corps, accumulant une charge négative. Lorsque vous touchez un matériau conducteur, comme une poignée de porte, qui peut facilement avoir une charge positive par la perte d'électrons, vous ressentez un léger choc, qui est le résultat de l'électricité statique.

Loi de Coulomb

Les objets chargés positivement et négativement créent leurs propres champs de force électriques, la force desquels dépend de la quantité de charge, de la distance entre deux ou plusieurs objets et de la forme des objets, qui affecte la surface où les charges s'accumulent. La loi de Coulomb décrit la force exercée par une charge sur une autre charge comme une relation inverse à la distance entre deux objets chargés. À mesure que la distance entre deux objets chargés diminue, la force du champ électrique augmente, repoussant ainsi les charges semblables et attirant les charges opposées. Cela aide à expliquer pourquoi l'électricité statique produit une décharge soudaine lorsque deux objets aux charges opposées sont rapprochés.

Manières dont les objets deviennent chargés

Il y a trois façons dont les objets peuvent devenir chargés : frottement, conduction et induction. Le frottement implique le frottement d'un matériau avec un autre, ce qui est généralement utile pour charger les isolants. Les exemples incluent le frottement d'une règle en plastique avec une serviette en papier ou le frottement de verre avec du film plastique. La conduction aide à charger les métaux et autres conducteurs, permettant au conducteur de prendre la même charge que l'objet qu'il touche. L'induction est également utilisée pour charger les conducteurs sans toucher les deux objets ensemble, mais en gardant une courte distance entre eux. L'induction utilise une terre neutre pour envoyer ou retirer des électrons à un conducteur. En retirant la terre, le conducteur obtient une charge opposée à celle de l'autre objet chargé maintenu près de lui.

Pression et chauffage

Dans des circonstances spéciales, la pression, la chaleur et le stress mécanique peuvent causer l'accumulation de charges électriques statiques. L'effet piézoélectrique décrit l'application de pression sur un cristal, provoquant la collecte de charges électriques opposées à différents points d'extrémité du cristal. L'effet pyroélectrique décrit l'application de chaleur à certains matériaux, provoquant le déplacement de charges opposées vers les extrémités opposées du matériau. Les effets pyroélectrique et piézoélectrique sont utilisés pour diverses applications dans lesquelles un courant électrique est requis pour qu'un matériau fasse fonctionner un dispositif spécifique.