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Piles et charges électriques.
I. La matière électrique !
Comme nous le verrons en troisième, les atomes, donc la matière, contiennent des charges électriques positives et négatives. Celles-ci ont la propriété de s'attirer ou de se repousser suivant leurs signes et interviennent dans de nombreuses réactions chimiques !
Dès le VIe siècle avant J.C., des savants grecs, dont Thalès, découvrent les propriétés de l'ambre jaune, matière qui attire des corps légers lorsqu'on la frotte ! Ce fût une des premières expériences d'électrostatique. D'ailleurs, les mots " électron ", " électronique " et " électricité " viennent du nom grec de l'ambre jaune : elektron !
Il est facile de vérifier les effets de ces charges électriques. Qui n'a pas un jour ressenti une décharge électrique en descendant de voiture, en touchant divers objets ou lors d'autres actions courantes ?
Une simple paille en plastique frottée sur un bout de tissu (il faut trouver le bon !) peut facilement attirer des bouts légers de papier ou de polystyrène ou encore dévier un fin filet d'eau s'écoulant du robinet !
II. Une pile naturelle : le nuage d'orage !
La foudre est un phénomène électrique naturel. Son histoire commence au cœur de masses nuageuses gigantesques : les cumulonimbus. Ces nuages sont les plus larges et les plus hauts : leurs bases se trouvent à 1 ou 2 km du sol tandis que leurs sommets peuvent atteindre 10, 15 voire 20 km d'altitude.
Dans ces énormes volumes, des variations de température aux différents niveaux créent d'intenses courants de convection : l'air tourbillonne et entraîne avec lui les particules d'eau liquide et de glace qui constituent le nuage. Ces particules s'entrechoquent et se chargent par frottement. Pour des raisons encore mal expliquées, les charges positives s'accumulent vers le haut du nuage et les charges négatives vers le bas. Il apparaît ainsi des tensions de plusieurs centaines de milliers de volts entre les deux parties d'un même nuage, entre deux nuages ou encore entre un nuage et le sol.
Quand les tensions électriques sont suffisantes, des décharges se produisent sous forme de grandioses étincelles: les éclairs. Quand la décharge se produit entre un nuage et le sol, elle porte le nom de foudre. Son déclenchement est favorisé par la présence au sol d'objets pointus: arbres, rochers, antennes …
Le courant, très bref (quelques microsecondes) mais très puissant qui l'accompagne, fait penser à un gigantesque court-circuit entre le nuage et le sol. Ses effets thermiques et dynamiques sont spectaculaires et dangereux.
Dans le monde, la foudre frappe en moyenne 30 fois par seconde !
III. Les piles.
À la fin du XVIIIe siècle, Luigi Galvani (1737-1798), médecin et professeur d'anatomie à Bologne, étudie l'effet de décharges électriques sur des grenouilles. Il découvre par hasard que les muscles de ces animaux se contractent aussi lors de simples contacts avec deux métaux différents : le laiton de la table et l'acier du bistouri. Il ne sait pas expliquer ce phénomène mais pense trouver une explication en cherchant l'existence d'électricité dans le corps des animaux, plus précisément dans leurs nerfs et dans leurs muscles.
À la même époque, Alessandro Volta (1745-1827), professeur de physique à Pavie, s'intéresse aux travaux de Galvani. Il reproduit les expériences de ce dernier et aboutit à la conclusion que les contractions musculaires des animaux sont dues à l'action des deux métaux et d'un liquide conducteur. Pour lui, c'est cette association de trois éléments qui crée le courant et non pas l'organisme de l'animal.
En 1800, il a l'idée de réaliser ce qui sera la première " pile " : il empile des disques de deux métaux différents, l'argent et le zinc, séparés par des rondelles de carton imbibées d'eau salée. En touchant les deux extrémités de cette colonne, il ressent bien les effets du courant : le premier générateur de courant continu était né. Volta ne sait pas encore que l'énergie électrique de sa pile provient d'une transformation chimique des métaux et que sa durée de vie est limitée.
<- principe de la pile de Volta -> 
En fait, une pile est constituée de 2 substances chimiques séparées par un électrolyte (liquide conducteur réactif). Une des 2 substances est capable en réagissant avec l'électrolyte de fournir des charges électriques négatives (électrons). C'est ce que l'on appelle un réducteur en chimie. Il constitue le pôle négatif de la pile, comme le zinc en poudre sur l'exemple de pile ci-dessous :
Exemple de pile vue en coupe
L'autre substance est ce que l'on appelle en chimie un oxydant, capable par réaction chimique de capter des charges électriques négatives. Cela constitue le pôle + de la pile, comme par exemple le dioxyde de manganèse MnO2.
