. 1.1 Charge électrique

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1 Plan du chapitre Charge électrique Conducteurs et isolants 1.4 Procédés d électrisation (instruments) 1.5 Loi de Coulomb (force électrique) 1.1 Charge électrique Les explications données par les scientifiques concernant des phénomènes électrostatiques ont considérablement changé au cours des siècles. Vous pouvez vous aussi, avec votre expérience, donner une explication à tout le moins intuitive de ces phénomènes. C est le but des démonstrations suivantes: 1

2 1- Comment expliquez-vous la répulsion entre deux tiges de résine frottées avec de la fourrure? 2- Comment expliquez-vous l attraction entre la tige de résine et la fourrure préalablement frottées? 3 - Comment expliquez-vous l attraction entre une tige de résine et une tige de verre préalablement frottées? C est l observation d une force attractive ou répulsive, autre que la gravité, qui a conduit les physiciens à dire que les objets subissant de telles forces étaient chargés. 2

3 3- Comment expliquez-vous l attraction entre une tige de résine frottée et une tige de métal ou une tige en plastique neutre? Comme plusieurs l ont mentionné, nous savons aujourd hui, qu une particule est responsable de la plupart des phénomènes électrostatique et électromagnétique. Quelle est cette particule? C est bien sûr l électron Deux objets chargés de même signe se repoussent. Deux objets chargés de singes contraires s attirent Un objet chargé et un objet neutre s attirent 3

4 Nous savons aujourd hui, qu une particule est responsable de la plupart des phénomènes électrostatique et électromagnétique. Quelle est cette particule? C est bien sûr l électron C est quand même assez surprenant qu une si petite particule soit responsable de tant de phénomènes Modèle intuitif Ce n est pas vraiment une particule bien délimitée, nous ne pouvons qu évaluer sa probabilité de présence à un endroit comme vous le verrez en chimie. 4

5 Caractéristiques de l électron : Charge ( q) Masse (m) Spin (s) a) Charge négative q e = - e = - 1,6 x C b) Masse m e = 9,11 x kg c) Spin s e = ½ h/2π = 5,27 x Js Pour en savoir plus : La recherche, octobre 1995, Votre manuel de physique, manuel :section 8.9 Votre manuel de chimie Plusieurs sites Web 5

6 Conclusion Ce n est qu au début des années 1900, que les scientifiques sont parvenus à un large consensus concernant la preuve expérimentale de l existence de l électron et de la nature atomique de la matière. Ce sera votre point de départ pour les explications des phénomènes que vous verrez dans le manuel. Vos explications seront basées sur le modèle atomique de la matière. Autrement dit, un atome est composé d un noyau ( proton et neutron ) autour duquel des électrons gravitent. Les processus d électrisation résultent du transfert des électrons sur un objet. 6

7 En résumé, par frottement, un objet devient chargé, positivement ou négativement lors du transfert d électrons en fonction des propriétés électriques des matériaux en présence. Deux conséquences du modèle atomique :( manuel p. 5 ) a) Principe de quantification de la charge électrique q d un objet Lors du processus d électrisation, la charge électrique possédée par un objet sera toujours un multiple entier de la charge élémentaire. On écrira q = ± Ne Exemple sur une petite sphère q = 3x10 9 e ou 3 milliards d électrons En 1909, R. Millikan a montré au cours d une expérience avec des gouttelettes d huile que la valeur des charges des gouttelettes était toujours un multiple entier de la valeur élémentaire suivante: e = 1,6 x C Où C est le symbole de l unité de la charge électrique le Coulomb. 7

8 Plus tard, des expériences ont montré que la charge d un électron a la valeur suivante : et que celle du proton est q e = - e = - 1,60 x C q p = e = + 1,60 x C Par conséquent, la charge sur un objet sera donnée par : q = ± Ne Le principe est présentement mise en doute puisque des théories modernes prédisent l existence de particules appelées «quarks» qui seraient les constituants fondamentaux de la matière avec des charges de - e/3 et + 2e/3. Par encore de preuves directes 8

9 b) Principe de conservation de la charge ( manuel p. 6) La charge totale d un système isolé reste constante. Dans toute expérience conduite dans un système isolé, la charge électrique n est ni créée, ni détruite, elle est seulement transmise d un matériaux à l autre au cours du processus. Ce principe découle du modèle atomique de la matière. Initialement, tous les objets étant neutres Ainsi, lors du frottement en deux objets par exemple, la charge négative transférée sur un objet a la même grandeur que la charge positive restée sur l autre objet. La charge est également conservée au cours des réactions chimiques 9

10 Pouvez-vous donner quelques exemples de transfert d électrons autrement ce que plusieurs appellent l électricité statique? Par temps sec: 1. Se traîner les pieds sur un tapis 2. Retirer le linge dans la sécheuse 3. Frotter un ballon ou une brosse dans ses cheveux 4. Retirer son chandail de laine ou en tissus synthétique Vous devriez normalement être capable fournir une explication de plusieurs autres situations rencontrées dans la vie de tous les jours. 10

11 Résumé par réseau de concepts Situations familières Statique sur les vêtements Propriété électrique acquise par frottement Positive ou négative Charge électrique Définition Formule Se calcule q= ± Ne Se conserve Explication par le transfert d électrons Modèle atomique, quark Mise en évidence par la présence de forces attractive ou répulsive Liens Expérience 11

12 Le réseau de concept permet de préciser: Ce que vous avez appris dans cette section. Ce que vous devez utiliser pour répondre aux questions, faire les exercices, les problèmes et pour comprendre d autres situations. Finalement, ce que vous devez apprendre pour bien maîtriser la matière 12