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Matière et énergie
L'électricité est dans la matière et les interactions entre les charges électriques sont omniprésentes.

Ce document a été en partie créé à partir d'un article rédigé sur le site du Palais de la découverte à Paris.

Le terme électricité a pour origine le mot grec êlektron qui signifie ambre jaune.
Thalès de Milet serait le premier à avoir constaté, il y a vingt-cinq siècles, qu’un bâton d’ambre frotté avec une peau de chat s’électrise : il est capable d’attirer de petits objets légers (poussière, brins de paille, plumes, etc.). On peut faire la même chose avec une règle en plastique.

Exemple :

Si on frotte un tube en verre avec une peau de chat alors le verre s'électrise : la peau arrache des électrons (particules chargées négativement) au verre qui devient alors positif (le verre contient plus de charges positives que de charges négatives). Le tube ainsi électrisé peut attirer des confettis plaçés à quelques centimètres de lui.

Les confettis possèdent des charges négatives et des charges positives. Les charges négatives (-) sont attirées par la tige en verre frottée (+) (des charges de signes opposés s'attirent). Les charges positives (+) sont alors repoussées.

Voir les vidéos : La danse des feuilles d'or / Déviez un filet d'eau à distance !

De la prise électrique au bout du nez, la matière est faite d’électricité ! Les charges électriques entrent dans la formation de chaque atome. On y trouve les deux sortes de charges qui ont la même grandeur mais sont de signes opposés : la charge positive portée par les protons au coeur de l’atome dans le noyau atomique et la charge négative portée par les électrons en périphérie de l’atome. Le nombre de ces charges positives et négatives est le même, ce qui fait de tous les atomes, ainsi que de la matière qu’ils constituent, des entités électriquement neutres.

Exemple :

L’atome d’hélium possède deux électrons e- (-). Son noyau possède deux protons e+ (+) (autant de protons positifs que d'électrons négatifs) et deux neutrons (neutres électriquement).

Toutefois, c’est l’existence de ces charges électriques qui permet d’expliquer la cohésion de l’atome, et par la suite, celle de la matière. En effet, la force attractive entre les charges positives et les charges négatives assure « l’attachement », plus au moins fort, des électrons au noyau, et leur présence autour de lui. En revanche, les interactions entre des charges de même signe sont répulsives. Ce sont ces forces de répulsion entre les charges de même signe, lorsqu’elles sont majoritaires ou excédentaires sur un fragment de matière, c’est-à-dire lorsque ce dernier est électrisé, qui se traduit par une tension électrique. Tel est le cas, par exemple, lorsqu’on quitte un véhicule, notamment par temps bien sec : on est secoué par une décharge électrique quand on tente de fermer la portière. Cette électrisation se produit souvent quand il y a des frottements entre les vêtements qu’on porte et le siège du véhicule. Il n’est pas rare que l’étincelle dépasse trois millimètres, ce qui signifie qu’on est sous une tension qui dépasse trois mille volts !

Ces expériences donnent l’occasion de souligner d’une manière spectaculaire que les interactions électriques sont omniprésentes dans la nature. Elles se manifestent dans les liaisons chimiques, les phénomènes d’adhésion, les frottements et restent le plus souvent insoupçonnées parce que la matière est neutre, la plupart du temps. Elle contient autant d’électricité positive que négative, les effets de l’une compensant les effets de l’autre. Pourtant c’est bien l’interaction électrique répulsive entre les électrons de notre corps et les électrons du siège qui nous maintient sur le siège ! Un autre questionnement porte sur la notion de contact : le rapprochement d’un électron du vêtement et d’un électron du siège demande de l’énergie puisqu’il faut lutter contre leur répulsion. Si l’on voulait mettre en « contact » deux électrons, il faudrait dépenser une énergie quasi infinie (l’interaction électrique entre deux charges électriques est inversement proportionnelle au carré de la distance). Finalement, même quand on se touche, on ne se touche pas vraiment !

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