La nature de l’électricité
Pour comprendre la nature de l’électricité, il faut tout d’abord examiner les atomes. Ce sont des particules qui composent tout ce qui existe. Les atomes sont si petits qu’on ne peut les voir. Lorsqu’un rayon de lumière passe dans une pièce obscure, vous pouvez voir les minuscules poussières qui dansent dans l’air et sont illuminées. Chacune de ces poussières se compose d’au moins 50 000 atomes. Avec le plus puissant des microscopes, on ne peut voir que des particules groupant environ 2 000 atomes.
Les savants ont cependant découvert que ces atomes étaient eux-mêmes constitués de plusieurs autres éléments plus petits. Les atomes ne sont pas tous semblables en varient tant en masse qu’en taille. On peut imaginer un atome comme une balle dure aux contours flous. Son centre, ou noyau, est fait de protons et de neutrons. Les électrons tournent autour du noyau un peu comme des satellites tournent autour de la Terre. Les électrons sont en même nombre que les protons du noyau.
Electrons et protons portent une charge électrique, positive (+) pour les protons, et négative (-) pour les électrons. Les charges étant égales, un proton (+) et un électron (-) s’annulent. Comme il y a autant de protons que d’électrons, un équilibre existe qui rend l’atome électriquement neutre. Les neutrons du noyau ne sont pas chargés. L’hydrogène possède les atomes les plus simples qui soient, car chacun d’eux n’a qu’un seul proton (noyau) et un seul électron. C’est pourquoi l’hydrogène est le plus léger des corps et fut autrefois utilisé pour remplir les ballons et les dirigeables. Le cuivre, quant à lui, est lourd : son noyau possède 29 protons, et 29 électrons sont en mouvement autour de lui.
Les électriciens divisent les matériaux en conducteurs et en isolants. Qu’est-ce que cela signifie? Les bons conducteurs possèdent des atomes avec un électron supplémentaire, ou libre, qui peut « danser » d’un atome à l’autre. En revanche, les atomes des isolants ont un nombre fixe d’électrons qui demeurent strictement en orbite autour du noyau.
Le cuivre est bon conducteur de la chaleur et de l’électricité. Les atomes des métaux sont toujours disposés de manière régulière et, si une pièce en cuivre fait partie d’un circuit électrique, les électrons libres commencent à circuler dans une seule direction. C’est ce flot d’électrons libres qui produit le courant électrique.
Des métaux comme le cuivre et l’argent sont de bons conducteurs. Les plastiques, le bois et le verre sont des isolants, mais il y a des exceptions à cette règle. La mine de graphite d’un crayon, par exemple, conduit l’électricité. Le graphite est une sorte de carbone et n’est pas métallique. Il existe également des matériaux appelés semi-conducteurs, qu’on utilise pour faire des transistors.
Les nerfs de notre corps utilisent l’électricité qui passe par des fibres et non des métaux. Les messages circulent le long de ces fibres à des vitesses variables allant de un à cent mètres par seconde. Notre corps fonctionne à une tension d’environ O,l2 volt (les volts sont expliqués dans le chapitre suivant).
Dans un circuit utilisant une pile, le flot d’électrons part de la pile et y revient après avoir « bouclé la boucle ». Bien qu’une pile ne soit pas une pompe, elle fonctionne à peu près de la même façon en obligeant les électrons à s’engager dans le circuit. Si le circuit est interrompu, par un interrupteur ou parce que le fil est coupé, le flot des électrons s’arrête. Quand la pile a utilisé toute sa capacité d’énergie chimique, elle s’arrête de pomper : dans ce cas, on dit qu’elle est « à plat ».
Si le courant électrique est un flot d’électrons, comment alors expliquer l’électricité statique ? Une charge peut exister dans des matériaux tels que le Nylon ou le caoutchoute, alors que ces matériaux sont des isolants. L’ancien nom de l’électricité statique, l’électricité de frottement, nous donne la solution de ce problème. Car c’est en frottant ces matières qu’on les charge d’électricité.
On peut charger un bâtonnet ou un peigne en plastique en les frottant avec un morceau de tissu. Or, dans le tissu, les atomes n’ayant pas d’électrons fermement attachés quelques-uns de ceux-ci se détachent, et collent au plastique. Il en résulte que le plastique possède alors des électrons libres, de charge négative, tandis que le tissu possède désormais des protons en trop : sa charge est positive.
Il est difficile de comprendre l’électricité parce que les électrons sont si petits qu’on ne peut les voir. Cependant, elle constitue la forme la plus importante des énergies utilisables.
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