Vous est-il déjà arrivé que lorsque vous enleviez un pull en laine, vous vous infligiez un léger choc ou voyiez vos cheveux se dresser ? Ou que lorsque vous marchez sur un tapis et touchez quelque chose de métallique, vous ressentez une étincelle ?
Tout cela est lié à un phénomène fascinant que nous appelons l’électrification par friction. Même si cela semble magique, il s’agit en réalité de science. Et une fois que vous l’aurez compris, vous pourrez impressionner vos amis avec vos connaissances en électricité.
Parlons d’abord des bases : les atomes
Pour comprendre l’électrification, il faut d’abord savoir comment les choses sont fabriquées.
Tout ce qui nous entoure, y compris nous, est constitué de petites particules appelées atomes. Les atomes sont si petits qu’ils ne peuvent pas être vus même avec le microscope le plus puissant, mais ils sont partout.
Un atome comporte trois parties principales :
- Protons, qui ont une charge positive (+).
- Électrons qui ont une charge négative (-).
- Les neutrons, qui n'ont aucune charge ; Ils sont neutres.
Normalement, les atomes ont le même nombre de protons et d’électrons, ce qui signifie qu’ils ont une charge neutre. Autrement dit, ils ne sont pas chargés électriquement.
Que se passe-t-il lorsque l’on frotte deux objets l’un contre l’autre ?
Lorsque nous frottons deux matériaux ensemble, comme un ballon et un pull, quelque chose d’intéressant arrive aux électrons. Les électrons ne sont pas « collés » à leur atome comme du ciment ; Ils peuvent bouger, surtout s’ils rencontrent d’autres matériaux qui les attirent davantage.
Par exemple:
- Si vous frottez un ballon contre vos cheveux, certains électrons des cheveux sautent vers le ballon.
- Cela laisse le ballon avec plus d’électrons (charge négative) et vos cheveux avec moins d’électrons (charge positive).
Vous avez maintenant deux choses avec des charges opposées. Le ballon est chargé négativement et vos cheveux sont chargés positivement. C'est cet échange d'électrons que l'on appelle électrification par friction.
Que deviennent ces accusations ?
Maintenant que nous avons électrifié le ballon et les cheveux, les choses deviennent amusantes.
Vous avez probablement entendu dire que les opposés s’attirent, n’est-ce pas ? La même chose se produit avec les charges électriques :
- Les charges opposées (positives et négatives) s’attirent.
- Les charges égales (positives et positives ou négatives et négatives) se repoussent.
Ainsi, lorsque vous rapprochez le ballon chargé de vos cheveux, les mèches semblent « chasser » le ballon. Les cheveux chargés positivement tentent de se rapprocher du ballon chargé négativement.
Exemples d'électrification par frottement
Où d’autre peut-on voir une électrification par frottement ? Voici quelques exemples curieux qui vous sont sûrement arrivés :
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Ballon collant
Après avoir frotté un ballon contre vos cheveux ou un pull, vous pouvez le coller au mur. Pourquoi cela se produit-il ? Le mur a une charge neutre, mais le ballon chargé négativement « repousse » les électrons du mur, laissant la surface avec une légère charge positive. C'est pourquoi ils se serrent les coudes ! -
Poils hérissés
Lorsque vous enlevez un chapeau en laine, la friction entre le chapeau et vos cheveux provoque un transfert d'électrons. Cela fait que chaque cheveu a la même charge, et comme des charges égales se repoussent, vos cheveux se lèvent dans toutes les directions. -
Attirer de petits morceaux de papier
Si vous frottez un stylo ou une règle en plastique contre vos vêtements, vous pouvez attirer de petits morceaux de papier. Cela se produit parce que le plastique se charge électriquement et attire les particules neutres du papier. -
Des étincelles sur le tapis
Par temps sec, marcher sur un tapis avec des chaussettes peut vous électrifier. Lorsque vous touchez quelque chose de métallique, comme une poignée de porte, cette charge accumulée se décharge rapidement, créant une étincelle.
Pourquoi cela arrive-t-il davantage en hiver ?
Vous avez sûrement remarqué que ces chocs et effets électriques sont plus fréquents lorsqu'il fait froid, surtout en hiver. C'est parce que l'air froid est plus sec. L'humidité de l'air aide les charges à se dissiper rapidement, mais dans un environnement sec, les charges s'accumulent et les effets sont plus visibles.
Matériaux impliqués dans l'électrification
Tous les matériaux ne sont pas électrifiés de la même manière. Certains sont plus susceptibles de perdre ou de gagner des électrons. Voici quelques exemples :
- Matériaux qui ont tendance à perdre des électrons : cheveux humains, laine, verre.
- Matériaux qui ont tendance à gagner des électrons : plastique, caoutchouc, soie.
Cela signifie que si vous frottez un peigne en plastique contre vos cheveux, le peigne gagnera des électrons (deviendra chargé négativement) et vos cheveux perdront des électrons (deviendront chargés positivement).
Et qu’en est-il des métaux ?
Les métaux sont des conducteurs, ce qui signifie qu’ils permettent aux électrons de se déplacer facilement à travers eux. Par conséquent, ils ne deviennent pas aussi électrisés par le frottement. Au lieu d’accumuler des charges, ils les déchargent rapidement vers le sol ou vers un autre objet. C'est pourquoi nous touchons quelque chose de métallique et ressentons une étincelle : le métal aide à équilibrer les charges.
Expériences pour l'essayer vous-même
La meilleure façon d’apprendre les sciences est d’expérimenter ! Voici quelques idées pour jouer avec l’électrification par frottement :
- Ballon et papiers
- Frottez un ballon contre vos cheveux ou un pull.
- Tenez le ballon près de petits morceaux de papier et regardez-les se lever et se coller au ballon.
- cheveux fous
- Frottez un peigne en plastique contre vos cheveux.
- Rapprochez-le des cheveux d'un ami (avec précaution) et voyez si les mèches remontent vers le peigne.
- Collez un ballon au mur
- Chargez un ballon en le frottant avec un pull ou vos cheveux.
- Collez-le sur un mur sec et voyez comment il y reste.
- Tapis scintillant
- Marchez sur un tapis en portant des chaussettes en laine ou en coton.
- Touchez quelque chose de métallique, comme une porte ou un robinet, et sentez la décharge.
Est-il dangereux?
Ne t'inquiète pas! Les petites décharges que l'on ressent lorsqu'on est électrifié ne sont pas dangereuses.
Cependant, l’électricité statique peut aussi être responsable de choses plus graves. Par exemple, dans une station-service, une étincelle d’électricité statique peut être dangereuse en présence de vapeurs d’essence. C'est pourquoi il est important de respecter les règles de sécurité dans des endroits comme celui-là.
Le côté utile de l’électrification par frottement
Même si cela peut parfois paraître une simple curiosité, l’électrification par frottement a des applications pratiques. Par exemple:
- Filtres à air électrostatiques : utilisent des charges électriques pour piéger les particules de poussière dans l'air.
- Imprimantes laser : utilisez des charges électriques pour attirer le toner vers le papier.
- Rubans adhésifs : Certains utilisent l’électricité statique pour améliorer l’adhérence.