Atome et électrons
L'électrisation
L'électrisation par influence
Attraction et répulsion
L'électroscope
Loi fondamentale de l'électrostatique
La cage de Faraday
Champ électrique
Les effets de l'électricité statique en radio
Dans l'Antiquité, les Grecs (Thalès de Milet au 5ème siècle avant JC) avaient constaté que lorsqu'on frottait de l'ambre jaune (sorte de résine fossile de conifère, nommé en grec êlectron), celui-ci avait la propriété d'attirer des corps très légers.
On peut reproduire facilement cette expérience en frottant une régle en plastique ou un tube en verre à l'aide d'un chiffon. La règle se charge d'électricité et il est facile d'attirer de petits fragments de polystyrène expansé ou un ruban de bande magnétique suspendu. Ce phénomène est appelé électrisation. Il fut étudié d'abord au 17 et 18 ème siècle et constituait la base de distractions spectaculaires dans les salons aristocratiques. C'est dans le cadre de ces expériences que Coulomb établit sa loi fondamentale de l'électrostatique.
On parle d'électricité statique par opposition au courant électrique constitué de déplacement de charges électriques.
Dans ses parties les plus infimes, la matière est constituée d'atomes. Couper un atome en deux revient à fabriquer deux autres atomes différents. A notre niveau d'expérimentateurs en radio et électricité, il suffit de se représenter l'atome comme constitué d'un noyau positif et lourd et d'un certain nombre d'électrons gravitant autour. Les électrons sont répartis autour du noyau en différentes couches concentriques. Seuls les électrons disposés sur la couche la plus extérieure nous intéressent car c'est grâce à eux que peut s'établir un courant électrique dans un matériau conducteur. Les électrons ont une charge électrique négative, tandis que les protons qui constituent une partie du noyau sont de charge positive. En temps normal le nombre d'électrons d'un atome est égal au nombre de ses protons, l'atome a donc une charge neutre. Il suffit qu'un électron supplémentaire s'ajoute à ceux d'un atome pour que la charge de celui-ci soit négative. Réciproquement, enlever un électron à un atome rend sa charge positive. C'est ce qui se passe dans le cas de l'électrisation des corps.
L'électrisation
Lorsqu'un matériau isolant est frotté par un autre matériau isolant, des électrons sont arrachés par le frottement aux atomes superficiels. L'équilibre des charges proton-électron est alors rompu dans les atomes concernés qui se retrouvent alors chargés positivement. D'un autre côté, l'objet qui a arraché les électrons les a emportés à sa surface et se trouve à son tour chargé négativement. En théorie, la charge positive d'un des objets est identique à la charge négative de l'autre. En pratique, l'air n'est pas un isolant parfait, surtout quand il est humide, et des électrons s'échappent de l'objet chargé négativement tandis que des électrons vagabonds sont attirés par les charges positives de l'autre objet. Ce phénomène d'électrisation se rencontre dans la nature, pendant les orages où des masses d'air importantes en mouvement s'électrisent au point d'accumuler des charges électriques importantes capables de provoquer des éclairs d'une puissance considérable.
Si l'on touche un corps conducteur isolé non chargé électriquement avec un autre corps chargé, une partie des charges se déplace du corps chargé vers le corps neutre. C'est l'électrisation par contact. L'électrisation peut se produire également sans contact, en rapprochant simplement les deux corps ; on parle alors d'électrisation par influence.
Lorsqu'on approche d'un corps A électriquement neutre un corps B électrisé il se produit sur le corps A une électrisation telle que des charges de signes opposés s'accumulent en regard du corps B. Comme le corps A ne reçoit ni ne cède aucune charge, des charges de signes opposés se répartissent à la surface du corps A avec une prédilection pour les surfaces courbes ou pointues des extrémités..
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deux corps neutres ne s'attirent ni de se repoussent |
deux corps de charges contraires s'attirent |
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deux corps de charges positives se repoussent | deux corps de charges négatives se repoussent |  |
L'électroscope
C'est un petit détecteur de charge électrique inventé à la fin du 18ème siècle. On l'utilise pour mettre en évidence la présence de charges électriques accumulées. Il est basé sur le principe de la répulsion des charges identiques. Deux rubans conducteurs extrêmement légers, par exemple deux feuilles d'or très fines, sont reliées ensemble à une extrémité. lorsque ces feuilles sont approchées d'un objet chargé électriquement les charges électriques qu'elles captent se répartissent régulièrement le long des deux rubans. Les extrémités libres des deux rubans, chargés de manières identiques, se repoussent proportionnellement à leurs charges. Suivant l'angle formé par les deux feuilles on peut en déduire l'amplitude de la charge électrique. Le dispositif est trés
sensible. Si la charge à mesurer est suffisamment forte le contact n'est pas nécessaire.
Le phénomène qui régit le fonctionnement de l'électroscope est celui des "cheveux électriques" que tout un chacun a déjà observé en se coiffant par temps sec.
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A l'électrode E sont reliés deux rubans F découpés dans une feuille d'or, bons conducteurs et très légers.
Lorsqu'on approche un bâtonnet B électrisé, les charges c se répartissent le long des feuilles d'or et celles-ci se repoussent. |
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Loi fondamentale de l'électrostatique
Elle a été en partie énoncée par Coulomb à la fin du 18ème siècle et s'énonce sous la forme : 
La force F (en N) s'exerçant entre deux charges q et q' (en coulomb) est inversement proportionnelle à la distance d (en m) séparant les deux corps.
eo est appelée constante diélectrique ou permittivité du vide déterminée par :
dans laquelle c est la vitesse de la lumière.
Une des applications de cette loi en électronique est l'étude de la trajectoire de l'électron dans un tube cathodique d'oscilloscope.
On retrouve aussi la constante diélectrique dans le calcul de la capacité d'un condensateur.
La charge électrique d'un électron est de 1,6.10-19 coulombs.
Si un corps C est placé à l'intérieur d'une enceinte E, C ne sera pas soumis à l'influence d'une source d'électricité G placée à l'extérieur de l'enceinte E. L'enceinte E joue le rôle d'un écran, d'un "blindage". En radio on utilise ce genre d'écran pour séparer deux étages pour que le rayonnement de l'un n'atteigne pas l'autre. Pour protéger un bâtiment il suffit d'enfermer celui-ci dans une sorte de cage constituée de conducteurs reliés à la Terre et munies de pointes pour capter les charges électriques de l'atmosphère et les diriger vers la Terre. Il n'est pas nécessaire que l'enceinte soit étanche à l'air, ce peut être un grillage ou une tresse comme celle qui entoure l'âme d'un câble coaxial.
Dans l'espace situé autour d'un objet chargé électriquement se trouve un champ électrique. Une autre charge placée dans ce champ subira une force (d'attraction ou de répulsion) proportionnelle à l'intensité du champ électrique et à la valeur q de cette charge. L'intensité d'un champ électrique se mesure en volt/mètre (ou µV/m...). Une onde radioélectrique a deux composantes : un champ électrique et un champ magnétique.
Le potentiel électrique d'un objet chargé est d'autant plus grand que le nombre de charges (électrons ou déficit d'électrons) qu'il supporte est grand. Entre deux objets chargés électriquement, on peut mesurer une différence de potentiel.
Les effets de l'électricité statique en radio
Les radioamateurs n'utilisent par directement les phénomènes électrostatiques, ils en subissent plutôt les effets.
Les transistors MOS et les circuits intégrés CMOS ont une trés grande résistance d'entrée mais ne peuvent supporter des tensions dépassant quelques dizaines de volts. Par temps sec il arrive que des objets isolés l'un de l'autre comme le corps de l'opérateur et l'appareil en cours de mise au point se trouvent à des potentiels différents de plusieurs centaines voire plusieurs milliers de volts. Il importe dans ce cas de charger les entrées et sorties avec des résistances de quelques centaines de kilohms pour évacuer les charges électriques dangereuses (pour les composants). Avant d'intervenir sur une platine il est prudent de toucher la ligne de masse de cette platine pour décharger son corps et ramener à zéro la différence de potentiel éventuelle.
Par temps orageux, il arrive que les gouttes de pluie soient fortement chargées électriquement. En tombant sur l'antenne, elles se déchargent en provoquant un bruit électrique très important.
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Les mathématicien(ne)s travaillent comme chercheurs et enseignant(e)s dans les universités, les hautes écoles spécialisées et les gymnases. On les trouve aussi dans les compagnies d’assurance, comme statisticiens dans les offices publics et, de plus en plus, dans les banques, dans l’industrie, dans le développement des logiciels et dans la planification et optimalisation de l’exploitation d’entreprise.
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