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L'effet piézoélectrique

L'effet piézoélectrique

Dans ce chapitre, nous voulons examiner de plus près les matériaux de base qui sont utilisés dans les accéléromètres piézoélectriques. Sous l'effet piézoélectrique, nous comprenons le phénomène selon lequel certains matériaux produisent une charge électrique à leur surface lorsqu'ils sont déformés par une force extérieure. Ou inversement, si nous appliquons une tension électrique à un matériau piézoélectrique, celui-ci changera légèrement de forme. Nous verrons l'effet de base, les différentes façons de l'utiliser et nous examinerons les caractéristiques particulières de certains matériaux piézoélectriques courants. Mais avant tout : Qu'est-ce que réellement la charge électrique ?

Qu'est-ce que la charge électrique?

C'est probablement l'une des questions les plus difficiles à répondre. Allons-y quand même, au moins pour une réponse partielle. Les dictionnaires disent quelque chose comme: La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière et elle est la cause de tous les phénomènes électriques.

Afin de comprendre cela plus précisément, nous devons creuser profondément dans la matière jusqu'au niveau des atomes.

Les atomes sont constitués de trois types de particules : Les protons, les neutrons et les électrons. Les protons et les neutrons forment le noyau au centre de l'atome tandis que les électrons gravitent autour comme les planètes autour du soleil. Les protons et les électrons ont cette caractéristique très intéressante appelée charge électrique. Les électrons ont une charge négative, les protons ont la même charge positive, opposée. Electriquement les neutrons sont neutres, comme leur nom l'indique. Lorsque le nombre d'électrons est égal au nombre de protons, l'atome ne présente aucune charge nette.

Model of Atom with Proton, Neutron, Electron

proton

neutron

électron

Le noyau de l'atome est chargé positivement, indiqué par la couleur rouge. Les électrons sont négatifs, représentés par la couleur bleue.

Il est important de savoir que des charges égales se repoussent et des charges inégales s'attirent .

Le négatif attire le positif et le positif attire le négatif, mais le négatif repousse le négatif et le positif repousse le positif.

Si nous suspendons deux balles de ping-pong et les chargeons respectivement, nous pouvons voir ce phénomène.

charge up the ping-pong balls by hovering

(      charge les balles de ping-pong en survolant le pointeur de la souris sur les images ci-dessous)

ChargeBall1.png
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charge up the ping-pong balls by hovering

positif et positif se repoussent

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ChargeBall2.png
charge up the ping-pong balls by hovering

 positif et négatif s'attirent

ChargeBall1.png
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charge up the ping-pong balls by hovering

négatif et négatif se repoussent

Si un objet a un excès d'électrons, il est chargé négativement, s'il a un manque d'électrons, il est chargé positivement.
Comme les charges négatives sont tellement attirées par les positives, elles essaieront toujours de trouver un moyen de se réunir. Cela peut se faire lentement par une faible résistance électrique ou brusquement par une étincelle entre les charges. Lorsque l'équilibre est établi, l'objet ne présente aucune charge nette. Il est alors neutre. Cependant, les charges sont toujours là mais elles n'ont aucun effet extérieur, elles s'annulent.
La charge électrique ne peut pas être produite au sens propre du terme, mais les charges positives et négatives peuvent être séparées. Cela peut se produire, par exemple, par frottement mécanique.

La dimension de la charge électrique

La charge électrique est pour ainsi dire la quantité d'électricité. Le physicien utilise la lettre Q ou q pour la charge (q du mot latin «quantum»)

La dimension de la charge est appelée Coulomb [C] en l'honneur du scientifique français Charles-Augustin de Coulomb

 

1 C = 1 A · s (1 Coulomb = 1 Ampère seconde)

 

Lorsque des charges électriques circulent du point A au point B, nous appelons cela courant électrique. Un Ampère équivaut à un Coulomb par seconde (1A = 1C / s)

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Exemples

Lightening strike / Pixabay: Blitz-953118_1280

Le courant électrique est à la base de presque tout notre vie moderne, mais nous rencontrons à plusieurs reprises les charges électriques. Les éclairs lors d'un orage sont des exemples très impressionnants de charges cherchant l'équilibre. La charge électrique qui est déplacée d'un nuage vers le sol par un éclair ne représente normalement que quelques Coulombs alors que l'énergie électrique est de l'ordre de quelques Giga Joules.
(1 Giga Joule = 1 million de kWs ou 280 kWh)

Cela montre bien que charge électrique et énergie ne sont pas du tout la même chose!

C. A. Coulomb_fr.png

Charles-Augustin de Coulomb © by Wikipedia, the free encyclopedia

Un autre phénomène peut parfois se produire lorsque l'on marche sur un tapis fabriqué en certains matériaux.  En combinaison avec le matériau de nos chaussures, la friction peut séparer les charges électriques et charger notre corps. Lorsque nous touchons la poignée de la porte d'à côté qui est reliée à la terre, nous pouvons sentir la décharge électrique. Dans ce cas, la charge n'est que de quelques pico-Coulombs.


1 pico-Coulomb (1pC) = 10⁻¹² C ou un millionième de millionième de Coulomb.


         Peux-tu t'imaginer ce que signifie 10⁻¹²  ?

 
 

La charge électrique