Qu'est-ce qu'un électrophorus?
Un électrophorus est une forme de batterie ou de générateur de charge statique statique primitive, inventée en 1762 par un physicien suédois, Johan Wilcke. Cependant, le fonctionnement de l'appareil est suffisamment basique pour qu'il puisse être fabriqué à partir d'une variété de matériaux courants. Benjamin Franklin, figure politique et inventeur de renom de l'Amérique coloniale, a popularisé cette idée en en fabriquant un en bois, en soufre, en cire et en étain. Un électrophorus classique consiste en une plaque isolante, généralement constituée de résine ou de plastique, sur laquelle une plaque métallique conductrice est placée. Au centre de la plaque métallique est apposé un autre moyen isolant, tel qu'un gobelet en plastique, utilisé comme poignée pour empêcher une décharge prématurée de l'électrophorus. Les charges d'électricité statique peuvent être retirées de l'appareil par contact physique sur la plaque métallique, soit en rechargeant momentanément des ampoules, soit pour effectuer d'autres expériences.
Le principe de base du fonctionnement d’un électrophorus est celui de l’effet triboélectrique, également appelé électricité statique stockée. La plaque isolante est d'abord chargée d'une charge électrique statique avant l'assemblage d'un électrophorus en la frottant contre d'autres matériaux, tels que la laine, qui induiront une charge électrique dans la plaque isolante au cours du processus d'induction électrostatique. Une fois que la plaque isolante et la plaque conductrice sont placées ensemble, la charge statique dans l'isolant sépare les charges positives et négatives dans le conducteur métallique. Les charges positives dans le métal sont attirées vers la plaque isolante et les charges négatives sont repoussées.
La charge négative induite dans la surface supérieure de la plaque métallique peut ensuite être évacuée en établissant un contact physique avec le métal, complétant ainsi un circuit traversant le corps humain dans le sol. La charge est souvent suffisamment forte pour qu'une étincelle inoffensive saute du métal sur le doigt avant le contact, ou que les broches d'une petite ampoule électrique puissent être placées entre les deux surfaces pour l'allumer temporairement au fur et à mesure que la charge se dissipe. De grandes versions d’électrophorus allumeront momentanément une ampoule fluorescente en forme de tube si l’une des extrémités est tenue dans une main et l’autre près du plateau en métal chargé.
L'un des aspects uniques d'un électrophorus qui en fait une démonstration répandue des principes électriques est que la plaque isolante agit de la même manière que des condensateurs ou des unités de stockage électriques plus sophistiqués dans des circuits électroniques courants. Cependant, contrairement aux condensateurs classiques, la plaque isolante contient une charge qui n’est pas épuisée par le processus de décharge statique dans la plaque métallique. Une fois la décharge d'énergie polarisée de la plaque métallique terminée, si la plaque métallique est retirée du voisinage de la plaque isolante, puis placée au-dessus de celle-ci, la séparation de charge dans le métal se répète tant que l'isolant maintient toujours sa charge.
Ce processus semble démontrer l'idée d'une énergie libre venant de nulle part, car la charge statique est continuellement renouvelée et déchargée, peu importe le nombre de fois où la plaque métallique est retirée puis replacée sur la plaque isolante. En réalité, l'énergie est conservée car le travail consistant à déplacer physiquement la plaque métallique puis à la remplacer introduit une énergie potentielle dans le système électrophorus, lequel est ensuite converti en énergie cinétique lorsqu'une décharge ou une étincelle se produit. De grandes versions d'électrophores sont appelées générateurs Van de Graaf, capables de produire des tensions électrostatiques allant jusqu'à 2 000 000 volts, comme celle créée par le physicien américain Robert Van de Graaf au début des années 1930.