forces électrostatiques (suite)
• Fluide diélectrique. La force par unité de volume est
q étant la densité de charge (charge spatiale), ρ la masse spécifique, la permittivité. Le second terme correspond à une variation de pression
Ce phénomène est l’électrostriction, dû à ce que les molécules polarisées s’attirent entre elles. Le troisième terme résulte des variations de constante diélectrique ; il intervient si le fluide a une surface libre ou une température non uniforme.
• Électrostriction des solides. Lorsqu’un solide isolant est soumis à un champ électrostatique, ses molécules polarisées s’attirent, et son volume diminue très légèrement. Cet effet est le plus souvent sans aucune importance. Cependant, si les dimensions du solide étaient maintenues absolument constantes, il exercerait sur ses liaisons des efforts notables parce que son module d’élasticité est généralement grand. L’électrostriction permet de créer des pressions importantes (kg/cm2) si le déplacement de la surface d’application est très petit.
Exemples et applications
• Les poussières, gouttelettes de peinture — grains de matière plastique que l’on précipite par voie électrostatique — ont une charge Q dépendant du procédé employé. Si elles passent dans un champ ionisé d’intensité Ei (cas le plus fréquent),
pour une sphérule de rayon a. Ei et E ont des intensités de l’ordre de quelques kV/cm dans l’air ; la vitesse de précipitation est alors de quelques cm/s à quelques dizaines de cm/s.
• La traction joue un grand rôle dans le comportement des liquides conducteurs. Si elle est supérieure à la pression capillaire ( pour une sphère de rayon R, A étant la tension superficielle), la configuration du liquide est instable, et il tend à se diviser en filets ou en gouttelettes. C’est la pulvérisation électrostatique, mise à profit pour la peinture, etc. Le même phénomène est observé sur les gouttes de pluie qui adhèrent à une ligne à haute tension, et dont la forme conique favorise les pertes par ionisation.
• On observe aisément l’effet d’orientation du champ sur les poils, fibres textiles, flocks, etc. Il est mis à profit dans le « flockage », implantation de fibres courtes sur un support encollé (effet de velours). Dans ce cas, les fibres portent une charge non nulle qui permet leur transfert vers le support par la force
• Cette force est observée sur des poudres ou grains de grande permittivité (oxyde de titane) présentés à une petite sphère électrisée qui donne un champ à gradient important. Ils sont attirés, mais, si le champ est suffisant pour causer une ionisation de l’air, ils prennent une charge Q du même signe que la sphère et sont alors repoussés par la force
• La force apparaît dans un liquide isolant lorsqu’une électrode pointue introduit des charges spatiales, causant des mouvements tourbillonnaires parfois très violents. Ce phénomène intervient fréquemment dans la conduction et le claquage des liquides. Il est mis à profit dans les pompes « ioniques », qui permettent de faire circuler un liquide isolant sans aucun organe mobile. Le terme intervient lorsque la surface libre d’un liquide se trouve dans un champ électrique. La pression diminue dans le liquide, qui tend à monter et à occuper les régions où le champ est intense.
• L’électrostriction est très importante dans les solides à grande permittivité comme les céramiques au titane. Elle est utilisée dans les générateurs d’ultrasons, une plaquette diélectrique pouvant vibrer à une fréquence très élevée sous l’action d’une tension alternative.
N. F.