Le Taser utilise l’électricité ; de quelles façons ?

Dans la vie de tous les jours , nous utilisons des formes diverses d’énergie telles que le pétrole , le soleil , l’eau , le vent. Parmi toutes , une utilise l’énergie des électrons : c’est l’électricité.

L’objet de notre étude , le Taser utilise cette dernière. Cependant , sa fabrication , son transport , et son utilisation sont possibles grâce au caractéristiques de l’électromagnétisme.

Le Taser est donc régi par les lois fondamentales de l’électricité : celles de Lorentz. Elle permettent d’expliquer la notion de déplacement du courant , obligatoire dans le Taser.

Ces lois s’appliquent –elle au Taser et de quelle façons ?

La loi de Lorentz peut être définie comme telle :

Un champ magnétique exerce la force suivante sur des particules possédant une charge électrique q non nulle. 

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E et B sont l’un après l’autre le champ électrique et le champ magnétique pris au point où se trouve la particule ( par exemple un électron ). v représente la vitesse de la particule dans un référentiel.

Pour montrer l’application de cette force dans l’espace , nous utilisons la règle des trois doigts qui l’image parfaitement.

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Dans le cas ou la charge électrique est immobile à une certaine position nommée r', sa vitesse est égale à zero, et elle n'est pas dépendante  d’ un quelconque  champ magnétique : le produit vectoriel  . s'annule, et la charge est alors soumise à une force qui ne dépend que du champ électrique capture-d-ecran-2012-02-26-a-10-57-52.png.

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Le champ électrique s'exerçant en r est alors donné par la loi de Coulomb qui permet de connaitre l’interaction entre deux particules chargées électriquement.

Le physicien français l’a énoncée ainsi : 

L'intensité de la force électrostatique entre deux charges électriques est proportionnelle au produit des deux charges et est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges. La force est portée par la droite passant par les deux charges.

Formule : Fa /b = Fb/a = k* ( Qa * Qb / d² ).

L’énergie qu’utilise le Taser est donc régie par ces lois. Ces électrons se déplacent selon ces dernières.

Les matériaux constituants le Taser sont-ils conducteurs ?

L’électricité utilisée par le Taser résulte donc  d’un mouvement ou déplacement de particules  dites chargées , à l’intérieur d’ un conducteur.

Pour rappel un matériel est dit conducteur  si ces atomes présentent 4 électrons ou moins dans la couche de valence.  ( Une particule est dite chargée si elle contient au moins une charge positive ou négative.) . Dans notre cas ,  ces particules sont souvent des électrons et possèdent donc des charges négatives.

Le Taser présente donc des fils en métal cuivre ( avec 4 électrons ou moins sur leur couche de valence) , permettant le déplacement des électrons et créant ainsi un courant.

Afin de créer un courant , le Taser utilise un générateur qui est pour lui soit une batterie soit une pile. .

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(type de générateur utilisé en lycée , le Taser lui utilise une pile ou une batterie)

Il existe deux types de générateurs en électricité : un qui émet une tension continue et l’autre qui utilise une tension alternative. Le Taser utilise la tension alternative qui est un peu particulière. Une tension alternative est périodique , elle reprend la même valeur au bout d’un intervalle de temps appelé période. ( t )

Pour créer de l’électricité , aux extrémités ou au bord d’un conducteur   , il faut aussi  une différence de potentiel . Cette dernière  est l’énergie nécessaire pour parcourir le circuit .

Dans une pile par exemple , la différence de potentiel entre le dipôle + et le dipôle  – est maintenue jusqu’à épuisement des réactifs.

La différence de potentiel entre deux points du circuit est exprimée en volts en ( V ). Pour imager cette notion , prenons l’exemple d’une lampe de poche. Un circuit alimenté par 2 piles de 1.5 V , a une différence de potentiel de 3 volts. Cette différence de potentiel entre deux points est associée à l’énergie qu’il faut à un électron pour se déplacer entre deux points.

( Rappel )  Deux types de charges électriques se comportent comme si elles étaient opposées l’une à l’autre. Par convention l’une est dite positive et l’autre négative.

                                                      
                                                                            
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Deux charges de nature opposée s'attirent

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Deux charges de nature identique se repoussent

Le déplacement du courant par convention a été déclaré comme allant de la borne positive à la borne négative. Cependant , ce sont majoritairement les électrons qui sont responsables du passage du courant et ils se déplacent de la borne négative à la borne positive.

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Par exemple avec ce schéma, les électrons du pole (-) du générateur devront , pour aller de « a » vers « b » à travers la résistance , abandonner une certaine énergie. Celle-ci sera transformée en chaleur par la résistance. Nous dirons qu’il existe une différence de potentiel entre les points « a » et « b » du circuit.

La fréquence elle , correspond au nombre de période en une seconde.

En effet , par exemple des électrons , présents dans un circuit électrique utilisant une tension alternative , changent leurs sens de déplacement 50 fois par seconde ( c'est-à-dire 50 périodes par seconde ) . Ils ont donc  une Tension alternative présentant une fréquence de 50 hertz par seconde.

Un hertz peut être défini ainsi :  la tension atteint son maximum positif puis devient négative et atteint son maximum négatif et ainsi de suite. Pour une fréquence de 50 hertz , elle le fait 50 fois par seconde. On peut la mesurer à l’aide d’un oscilloscope.

A l’aide de cet oscilloscope , nous pouvons dire que le Taser utilise une fréquence de 17 mHz. La fréquence change ainsi de signe 0.017 fois par seconde.

( exemple d’une représentation graphique sinusoïdale qui pourrait représenter une fréquence  sur un oscilloscope )

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La tension correspond à la circulation le long d’un circuit. En régime stationnaire , elle coïncide à peu de choses près , à la différence de potentiel.

Cependant , dans un régime variable , elle n’est plus égale à la différence de potentiel en raison de l’induction électromagnétique.

A l’aide d’un voltmètre , nous pouvons mesurer la tension d’un Taser. Cette dernière est égale à 50 000 volts. La raison de ce haut voltage sera expliquée ultérieurement.

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( tension d’un Taser avec un condensateur)

Un courant ne possède pas seulement une tension mais aussi une intensité.

Elle peut être définie ainsi : Chaque électron dans un circuit électrique possède une charge. L’intensité d’un courant  dans un circuit correspond à la quantité de charges électriques le traversant en une seconde .

Nous pouvons utiliser cette formule : I= q/ t ( q = charge électrique en  coulomb ; et t = le temps en seconde. ) I correspond à l’intensité. 1 A correspond au passage de 6,25 *10*18 par seconde.

Toutefois , pour mesurer l’intensité d’un Taser , nous devons utiliser un ampèremètre. Cette dernière est égale à 2 mA.

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Nous pouvons nous poser la question suivante : Une si petite intensité  peut-elle tuer une personne adulte ?

La réponse est donnée par l’agence Taser-France , que nous avons contacté au mois de décembre. Je cite cette dernière : «  Une intensité si faible est incapable de provoquer le décès d’un individu. Une intensité devient dangereuse pour l’homme à  partir de 75 mA. ( seuil de fibrillation cardiaque ). Le Taser est donc inoffensif. »

 

Le Taser est donc une arme fonctionnant à l’électricité. , il utilise un courant alternatif ( défini au-dessus). Plusieurs schémas sur internet , permettent d’étudier les éléments qui le composent.

En effet. Son circuit intérieur est constitué d’un interrupteur , d’un condensateur ( permet de stocker l’énergie pour la délivrer ) , d’une résistance et d’un générateur.

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( Intérieur d’un Taser )

Pourquoi le Taser a-t-il besoin d’une tension aussi forte et comment fait-il pour l’accumuler ?

Le Taser utilise des piles de neuf volts ( trouvables dans la plupart des commerces ). Afin de faire passer  la tension  de neuf volts à 50 000 ,  l’outil primordial de ce circuit est le condensateur. Pour y arriver , il ne transforme pas la tension mais l’accumule simplement pour la relâcher brusquement.

Si le Taser à besoin d’une telle tension , c’est pour permettre à l’arc électrique de traverser une couche de vêtement et surtout pour passer le champ disruptif de l’air qui réduit la conductibilité électriquke.

( voici à quoi ressemble un condensateur que l’on peut acheter dans le commerce. Il est ici présent sous différentes formes. La capacité de  tension pouvant être emmagasinée augmente avec la taille de l’objet.)

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La valeur du champ disruptif de l’air communément admise est :

E disruptif ( air ) // = 3.6*10 puissance 6 V .M ( V en volts , M en mètre )

C’est  à dire environ 36 000 volts par mètre.

Cette formule peut être interprétée très facilement en disant que dans l’air sec , il faut une différence de potentiel d’au moins 36 000 volts pour faire une étincelle entre deux électrodes planes distantes de 1 millimètre , sans quoi le courant électrique ne traverse pas l’air.

C’est pourquoi un Taser utilise une tension de 50 000 volts , pour permettre la création d’arc électrique et donc de courant.

Cette interprétation est plus connue sous le nom de « règle des 30 000 V par cm ». ( le principe de la foudre utilise globalement cette loi ».

Malgré tout , cette valeur peut changer en fonction de l’humidité. Pour un air saturé en humidité , elle peut tomber à 10 000 V par cm.

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( générateur dans un circuit )

Dans ce circuit , le condensateur est représenté par les deux bandes horizontales dénommées par la lettre C. C’est sa notation universelle.

Le condensateur a donc pour rôle d’accumuler cette tension afin de la libérer rapidement , faute de quoi elle ne traverse pas l’atmosphère.

Je vais expliquer de manière précise le comportement des électrons lors d’une décharge de Taser.

Dans le circuit ci-dessous , le courant ( électrons )  part du générateur et va se stocker dans le condensateur. La résistance dans ce circuit a pour but de diminuer l’intensité afin de la rendre non mortelle. Le courant par la suite arrive au condensateur et se stocke donc. Le courant revient auprès du générateur et recommence cette boucle jusqu'à ce que le condensateur ait stocké un maximum d’énergie .A partir de ce moment , l’interrupteur ouvre le circuit de gauche et ferme celui de droite , tout la tension et l’intensité sont donc relâchées très rapidement , ce qui permet au courant de traverser l’air et de créer un arc électrique.

Le fonctionnement du Taser correspond donc à ces explications.

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Partie suivante ; Ce courant électrique a-t-il un impact sur le corps ?

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