Charges et décharges - Applications

La peinture électrostatique
Lorsqu'on peint un objet au pistolet, la peinture projetée est formée de gouttes microscopiques. Un petit nombre de ces gouttes atteint l'objet à peindre, les autres se dispersent dans l'atmosphère ce qui pollue et gaspille. Pour éviter cet inconvénient on électrise la peinture et l'objet. Par exemple le pistolet est relié à la borne positive d'un générateur électrostatique et l'objet à la borne négative. Les gouttes attirées par l'objet viennent s'y déposer.

Les filtres électrostatiques
Ils servent à séparer de petites particules en suspension dans un gaz. Le fonctionnement est semblable à celui du paragraphe précédent. Les particules sont chargées négativement par une électrode émettrice (cathode), elles sont attirées sur l'anode réceptrice sur laquelle elles se déposent.

La photocopie électrostatique : xérographie
Un cylindre métallique recouvert de sélénium est électrisé positivement en tournant près d'un fil relé à un générateur.
L'image du document à photocopier est projetée sur le cylindre. Le sélénium étant photosensible, les zones éclairées se déchargent. Les zones sombres restent chargées.
De fines particules d'encre sont projetées sur le cylindre. Elles adhèrent aux parties chargées (zones sombres de l'image)
La feuille de papier est électrisée puis appliquée contre le rouleau. L'encre vient s'y déposer.
La feuille passe entre des rouleaux chauffants pour fixer l'encre dans le papier.

Les tubes à décharge
Heinrich Geissler (1815 – 1879) inventa vers 1850 un tube à décharge qui porte son nom. Dans un tube de Geissler on enferme un gaz sous faible pression. Lorsqu'une tension élevée est appliquée entre deux électrodes, une décharge s'effectue dans le tube et le gaz devient luminescent.
Julius Plücker (1801-1868) observe en 1854 que la lumière émise est caractéristique du gaz enfermé. On peut l'analyser avec un spectroscope (constitué d'un prisme ou d'un réseau).
Sir William Crookes (1832-1919) abaisse la pression à l'intérieur des tubes et découvre en 1879 l'existence des "rayons cathodiques" (issus de la cathode (électrode négative).
Jean Perrin (1870-1942) dévie la trajectoire de ces rayons et montre en 1895 qu'ils sont constitués de particules négatives.
Joseph John Thompson (1856-1940) montre en 1897 que ces particules négatives sont arrachées au métal de la cathode, il s'agit des électrons.
Les tubes à décharges sortent du laboratoire avec le célèbre tube au néon mis au point en 1910 par Georges Claude (1870-1960). Ces tubes vont servir d'enseignes lumineuses pendant des décennies. Ils ne peuvent pas servir à l'éclairage puisque le néon donne une lumière rouge orangée.
En 1937 apparaissent les tubes fluorescents. Ce sont des tubes à décharge contenant de la vapeur de mercure et dont la paroi interne est recouverte d'une poudre fluorescente qui transforme les rayons ultra-violets en lumière visible. Ces tubes sont souvent appelés "tubes au néon" ou tout simplement "néons", ce qui est bien sûr une stupidité de plus.
Les autres tubes à décharge actuellement utilisés sont la lampe à vapeur de mercure (lampadaires anciens), la lampe à vapeur de sodium (lampadaires plus récents: lumière jaune) et le flash électronique (tube au xénon)

L'allume-gaz piézoélectrique
Pierre Curie ( 1859 –1906) et son frère Jacques (1855-1941) ont découvert, en 1880, la piézoélectricité: Lorsque certains cristaux (cristaux piézoélectriques) sont comprimés, des charges électriques apparaissent sur des faces opposées. On fabrique sur ce principe des allume-gaz qui font jaillir une étincelle lorsqu'on comprime le cristal piézoélectrique (titanate de baryum) en appuyant sur un bouton.

La cage de Faraday
C'est une enceinte ou cage métallique qui permet d'isoler une portion d'espace contre l'influence des champs électriques extérieurs. A l'intérieur de la cage, le champ électrique est nul, même si des charges sont placées à l'extérieur ou si la cage est reliée à un générateur électrostatique.
Une voiture à carrosserie métallique est une cage de Faraday qui protège ses occupants contre les dangers d'électrocution provenant d'un contact extérieur ou d'une décharge atmosphérique (foudre).
Inversement si on introduit des charges à l'intérieur d'une cage de Faraday mise à la terre, le champ électrique à l'extérieur n'en sera pas perturbé.
Inconvénient: les ondes radio (électro-magnétiques) ne traversent pas les cages de Faraday, ce qui empêche de faire fonctionner correctement, à l'intérieur d'une automobile, des récepteurs ou des émetteurs (auto-radios, téléphones portables). On utilise alors une antenne de toit.