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Photographie, Philosophes grecs, Philosophes antiques, Ambre (résine fossile), Effets de l'électricité, Électrostatique, Physiciens, Physiciens d'Ionie
Ambre brut
Photographie d'un morceau d'ambre brut de Colombie (Staatliches Museum für Naturkunde Karlsruhe, en Allemagne). Surtout connu pour son théorème, Thalès a également réalisé des constatations physiques ; il est même considéré comme le premier « physicien ». On lui doit notamment la première connaissance de l'électricité, grâce à deux expériences. Il remarqua d'abord que l'ambre avait la propriété d'attirer les matériaux légers comme le tissu (le mot « électricité » (ἤλεκτρον, elektron en grec ancien) est par ailleurs donné en référence à l'ambre jaune). Une autre expérience réalisée en Magnésie, vers -600, lui permet de mettre en évidence les propriétés d'aimantation de l'oxyde de fer.
Dessins et plans, Rouge, Électrostatique, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), Coulomb, Fonctions de, Signes et symboles
Charges électriques identiques
Des charges électriques identiques se repoussent. Entre deux charges électriques q et q' séparées par une distance d s'exerce une force (électrostatique) d'intensité F=k_C~frac{q imes q'}{d^2}. Dans cette formule : les charges électriques q et q' s'expriment en coulombs (sans la majuscule). Le coulomb est l'unité de charge électrique, en l'honneur de Charles de Coulomb ; la distance d s'exprime en mètres ; la force F s'exprime en newtons. Chacune des deux charges exerce l'une sur l'autre une force de même intensité ; selon le signe des charges, elles s'attirent ou se repoussent. La constante kC est appelée constante de Coulomb et vaut environ 9cdot 10^9 en unités du système international.
Dessins et plans, Bleu, Rouge, Électrostatique, Charles Augustin de Coulomb (1736-1806), Balances de torsion, Électricité, Attraction, Champs électriques, Signes et symboles
Charges électriques opposées
Des charges électriques opposées s'attirent. C'est Charles de Coulomb qui, à l'aide d'une balance de torsion, a énoncé le premier la loi physique exprimant la force qui s'exerce entre deux charges électriques. Pour prendre en compte les phénomènes de répulsion et d'attraction, on a donc attribué un signe aux deux types de charges découverts par du Fay : l'« électricité résineuse » s'est vue attribuée aux charges négatives, l'« électricité vitreuse » s'est vue attribuée aux charges positives.
Électrophore de Volta
Un électrophore, ou électrophore de Volta, est un générateur capacitif utilisé pour produire une charge électrostatique via le processus d'influence électrostatique. Une première version de a été inventée en 1762 par le professeur suédois Johan Carl Wilcke, mais le savant italien Alessandro Volta a amélioré et popularisé le dispositif en 1775. Le mot électrophore a été inventé par Volta à partir du grec ήλεκτρον (« Elektron ») et φέρω (« phero »); il signifie « porteur de l'électricité ».
Électrophore de Volta
Illustration d'un électrophore de Volta : manche isolant, disque, résine, moule ; peau de chat. Source : Leçons de Physique ; Éditions Vuibert et Nony, 1904. L'électrophore de Volta (Alessandro Volta, vers 1775) : Il se compose d'un gâteau de résine coulé dans un moule et d'un disque de laiton muni d'un manche isolant. C'est une source d'électricité créée par influence. On frappe le gâteau de résine avec une peau de chat, puis on dispose le disque conducteur au-dessus, sans qu'il y ait contact : l'électricité négative de la résine développe par influence de l'électricité positive sur la face inférieure du disque et de l'électricité négative sur la face supérieure. On touche alors le disque avec le doigt, l'électricité négative s'écoule vers le sol par l'intermédiaire du corps humain. On cesse alors le contact avec le doigt : le disque qu'on éloigne, en le tenant par le manche isolant, est alors chargé d'électricité positive. Le disque ainsi chargé permet de faire jaillir une étincelle entre lui et tout corps conducteur. Les machines à influence peuvent être considérées comme des électrophores momentanément perpétuels par addition de charges. L'énergie mécanique est transformée en énergie électrique par l'apport additionnel de charges à une petite charge initiale.
Générateur électrostatique de Van Marum
Grande machine électrostatique de Van Marum, exposée au musée Teyler, à Haarlem, Pays-Bas. À droite, batterie de bouteilles de Leyde. La machine électrostatique est ainsi nommée parce qu'elle fait appel aux lois de l'électrostatique à la différence des machines dites électromagnétiques. Bien que des moteurs électrostatiques aient été imaginés (ils fonctionnent sur le principe de la réciprocité des générateurs électrostatiques), ils n'ont pas eu de succès. La puissance des machines du XVIIIe siècle et du XIXe siècle était en effet infime (quelques watts) et les frottements mécaniques ne leur laissaient qu'un très mauvais rendement. La raison en est que la densité maximale d'énergie du champ électrique dans l'air est très faible. Les machines électrostatiques ne peuvent être utilisables (de manière industrielle) que si elles fonctionnent dans un milieu où la densité d'énergie du champ électrique est assez élevée, c'est-à-dire pratiquement dans un gaz comprimé. L'invention du condensateur électrique sous la forme de la bouteille de Leyde (par E.-G. Kleist, Van Musschenbroek et son élève Cuneus, améliorée par sir William Watson, 1745-1747) permet de renforcer l'intensité des décharges : 1768, machine de Ramsden ; 1784, la machine de Van Marum.
Machine de Wimshurst
Inventée par James Wimshurst à la fin du XIXe siècle, elle ne fut pas la première à utiliser l'induction électrostatique. Mais sa puissance la rendit rapidement très populaire. Cette machine était constituée de deux disques en verre munis de lames d'étain, contre lesquels viennent frotter des balais garnis de fils métalliques. Les charges produites étaient récupérées par des peignes métalliques, et stockées dans des bouteilles de Leyde. La machine de Wimshurst est une machine électrostatique inventée en 1882 par l'anglais James Wimshurst. Cette machine fut historiquement utilisée pour illustrer de nombreux phénomènes d'électricité statique ou la production d'ozone (à l'odeur caractéristique) dans un arc électrique. Elle est encore présente dans de nombreuses écoles. La machine de Wimshurst a une apparence caractéristique. Elle est équipée de deux larges disques constitués de matériaux isolants et recouverts de secteurs métalliques. Les deux disques tournent en sens opposé l'un par rapport à l'autre dans un plan vertical, les connexions se font à l'aide d'un dispositif de balais à friction permettant ainsi de récupérer la charge et d'emmagasiner l'énergie dans les bouteilles de charges (principe du condensateur). Au voisinage de pointes métalliques adéquatement connectées, et reliées à deux sphères convenablement disposées à une distance pouvant provoquer un étincelage, ce dispositif se nomme : éclateurs.
Machine électrique de Holtz
Machine électrique de Holtz, dite machine à influence. Source : Bibliothèque des merveilles - Forces Physiques. Entre 1864 et 1880, W. T. B. Holtz a construit et a décrit un grand nombre de machines à influence considérées comme les plus avancées de l'époque. La machine de Holtz est composée d'un disque de verre monté sur un axe horizontal fait pour tourner à une vitesse considérable par démultiplication. Un autre disque, immobile, porte des échancrures dans lesquelles passent de petites pattes conductrices qui permettent aux inducteurs de se décharger.
Machine électrostatique de Ramsden
Illustration d'une machine électrostatique de Ramsden, 1768. L'invention du condensateur électrique sous la forme de la bouteille de Leyde (par E.-G. Kleist, Van Musschenbroek et son élève Cuneus, améliorée par sir William Watson, 1745-1747) permet de renforcer l'intensité des décharges.