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1 14 Électrostatique Physique passerelle hiver Électrisation Il existe trois façons d électriser un corps : 1) par frottement On peut électriser (+) une baguette en verre en la frottant avec un chiffon en laine. On peut électriser ( ) une baguette en plastique en la frottant avec une peau de lapin. 2) par contact On peut électriser un objet neutre en le touchant avec un autre objet électrisé. 3) par influence Un conducteur peut être électrisé positivement s il est approché par un objet électrisé négativement. Il convient de distinguer les matériaux conducteurs des matériaux isolants : conducteurs Les charges électriques y circulent librement et tendent à occuper tout le volume disponible. Exemple : métal isolants Les charges électriques y restent localisées et ne bougent pas. Exemple : verre, plastique.. Principe d électrostatique : Les charges de même signe se repoussent. Les charges de signes contraires s'attirent. 14. Électrostatique Physique passerelle Page 1 sur 8

2 2. Explication atomique Toutes les charges électrostatiques sont des multiples d une charge élémentaire : = est la charge totale en coulombs [C] est le nombre de charges élémentaires est la charge élémentaire en coulombs [C] La charge élémentaire vaut : =1,6 10 C (page 145) Cette charge est celle du proton et de l électron : h = h é = On comprend dès lors ce que signifie électriser un corps : Électriser un corps, c est arracher des électrons. Le chiffon de laine arrache des électrons au verre : - -- La baguette en plastique arrache des électrons à la peau de lapin : Électrostatique Physique passerelle Page 2 sur 8

3 3. Loi de Coulomb La force avec laquelle deux charges s attirent ou se repoussent est donnée par la loi de Coulomb : = (page 145) est la force électrostatique en newtons [N] est la première charge en coulombs [C] est la deuxième charge en coulombs [C] est la distance entre les charges en mètres [m] est la constante de Coulomb en [Nm 2 /C 2 ] La constante de Coulomb vaut : =9 10 Nm (page 145) C La force de Coulomb est répulsive si les charges ont le même signe : + + La force de Coulomb est attractive si les charges ont des signes contraires : + Examen d été 2012 : Examen d été 2014 : 14. Électrostatique Physique passerelle Page 3 sur 8

4 4. Exercices Exercice 1 Vrai ou faux? a) Un atome porte une charge électrique positive. b) Un électron n'a pas de masse. c) Le noyau est environ dix fois plus petit que l'atome. d) Le nombre d'électrons caractérise un type donné d'atomes. e) Les électrons ne peuvent pas quitter l'atome. f) Un corps chargé positivement présente un défaut d'électrons. Vrai Faux Exercice 2 Compléter les phrases suivantes : a) Un atome est formé d'un et d'. b) Entre le et les, il existe un vide de matière. c) Le noyau est chargé. Un porte une charge négative. d) Le symbole de l'électron est. e) L'atome est du point de vue électrique. f) Le rassemble presque toute la masse de l'atome. Exercice 3 (examen d hiver 2009) Exercice 4 (examen d été 2012) Exercice 5 On dispose de trois baguettes chargées. La première et la deuxième se repoussent ; la deuxième et la troisième s'attirent. Que se passe-t-il entre la première et la troisième? Exercice 6 Une personne tente d'électriser une tige métallique qu'elle tient dans une main en la frottant avec un chiffon. Pourquoi n'y parvient-elle pas? Le chiffon est un isolant. La tige est un isolant. Le chiffon est conducteur. La tige est conductrice. 14. Électrostatique Physique passerelle Page 4 sur 8

5 Exercice 7 Une boule métallique neutre est suspendue au plafond. Si on approche d'elle l'extrémité d'une règle en plastique chargée négativement, que se passe-t-il? La boule et la règle s'attirent. La boule et la règle se repoussent. Il ne se passe rien. Exercice 8 Calculer la charge d'une baguette de verre si on lui a arraché 250 milliards d'électrons. Rép. : 0,04 μc Exercice 9 Combien d'électrons y a-t-il dans un éclair dont la charge vaut 1 C? Rép. : 6, Exercice 10 On frotte une baguette de plastique avec une peau de lapin. À la fin de l opération, la charge de la peau de lapin =0,02 μc. a) Déterminer la charge de la baguette de plastique. Rép. :-0,02 μc b) Déterminer le nombre d'électrons transférés. Rép. : 1, c) Indiquer dans quel sens les électrons ont été transférés. Rép. : peau baguee Exercice 11 On réalise l'expérience suivante : 1) Deux sphères métalliques A et B montées sur des supports isolants sont placées sur une table de sorte qu'elles se touchent 2) On approche une baguette positive de la sphère A 3) On éloigne ensuite la sphère B en maintenant la baguette proche de la sphère A 4) On enlève finalement la baguette a) Expliquer dans le détail par quels processus les sphères se sont chargées. b) Déterminer le signe de la charge de chaque sphère après l'expérience. 14. Électrostatique Physique passerelle Page 5 sur 8

6 Exercice 12 Par frottement, on arrache 7 10 électrons d'une boule initialement neutre et on les dépose sur une boule initialement neutre. a) Calculer la valeur de chacune des charges q A et q B. Rép. : q A = 0,112 μc ; q B = -0,112 μc b) Les boules ainsi chargées vont-elles s'attirer ou se repousser? Rép. : s attirer Exercice 13 Sachant que la charge de l'électron vaut 1,6 10 C, que vaut la charge du noyau d'hydrogène? Rép. : 1, C Exercice 14 Deux petites sphères chargées électriquement se trouvent à la distance l'une de l'autre. Comment varie la force électrique sur chacune des sphères, si : a)...on double la charge de l'une des sphères? b)...on double la charge de chacune des sphères? c)...on double la distance entre les sphères sans modifier leur charge électrique? Exercice 15 Deux petites sphères sont chargées électriquement. On triple la distance qui les sépare. Comment varie l intensité des forces électriques qui s exercent sur elles? Elle est divisée par trois. Elle est multipliée par trois. Elle est divisée par six. Elle est multipliée par six. Elle est divisée par neuf. Elle est multipliée par neuf. Exercice 16 (examen d hiver 2015) Exercice 17 Deux petites sphères sont distantes de 60 mm. La première a une charge de 0,3 μc et la seconde une charge de 0,4 μc. Déterminer la direction, le sens et l'intensité des forces exercées sur chaque sphère. Rép. : F = 0,3 N Exercice 18 Deux boules initialement neutres se trouvent à 5 cm l'une de l'autre. Par frottement, on enlève 6 10 électrons à l une et on les dépose sur l autre. a) Que vaut la charge électrique de chaque boule? Rép. : q A = 9,6 nc ; q B = -9,6 nc b) Que vaut l'intensité de la force exercée sur chacune d'elles? Rép. : 3, N 14. Électrostatique Physique passerelle Page 6 sur 8

7 Exercice 19 Deux charges électriques identiques à 4 cm l une de l autre se repoussent avec une force de 1,4 N. a) Que peut-on dire de leur signe? Rép. : il est identique b) Calculer la valeur (absolue) de ces charges. Rép. : 0,5 μc Exercice 20 Trois charges ponctuelles =14 nc, = 26 nc et =21 nc sont alignées comme sur le schéma : a) Calculer la force exercée par la charge 1 sur la charge 2. Rép. : 5, N b) Calculer la force exercée par la charge 3 sur la charge 2. Rép. : 4, N c) Dessiner (sans respecter d'échelle) et. d) Calculer l intensité de la résultante des forces agissantes sur la charge 2. Rép. : N Exercice 21 Quelle est la force de répulsion électrique s exerçant entre 2 protons dans un noyau de fer si l on suppose que la distance qui les sépare est de 410 m? Rép. : 14,40 N Exercice 22 Trois charges ponctuelles sont fixées sur une droite, comme l indique la figure ci-dessous. On connaît : = =+1,8 10 C ; ; =12 cm et ; =6 cm. a) Quel doit être le signe de pour que la résultante des forces exercées sur par et par puisse être nulle? Justifiez votre réponse. b) Dessiner et nommer les forces électriques qui agissent sur. c) Calculer la valeur de pour que la résultante des forces exercées sur soit nulle. Rép. : 4, C d) On déplace maintenant en lui faisant décrire un arc de cercle de 90. Calculer la résultante des forces que et exercent sur. Rép. : 0,028 N 14. Électrostatique Physique passerelle Page 7 sur 8

8 Exercice 23 Trois charges, =4 μc, = 4 μc, =0,5 μc, sont posées sur un triangle isocèle en tel que les côtés = = 6. a) Calculez l intensité des forces exercées sur la charge. b) Représentez ces forces sur le graphique ci-dessous (un carré = 1 N). c) Représentez ci-dessous la résultante de ces forces (un carré = 1 N). Exercice 24 Deux charges ponctuelles identiques de 2 g chacune sont suspendues au plafond. Leurs fils font un angle =3 par rapport à la verticale lorsqu elles se trouvent à une distance =10 cm l une de l autre. Que valent ces charges? Rép. : ±338 μc Exercice 25 Gaston construit un générateur de Van de Graaff. Pour déterminer la charge que ce dernier contient, Gaston suspend une charge test de masse à une distance du générateur et mesure l angle qu elle fait avec la verticale, comme le montre l illustration ci-dessous : a) Indiquez les principales forces agissant sur la charge test et établissez l équation d équilibre. b) Explicitez la relation entre l angle, la distance, les charges et et la masse. c) Déterminez la valeur de en utilisant les données numériques ci-dessous : =36 =6 =40 =10 Rép. :-0,211 μc 14. Électrostatique Physique passerelle Page 8 sur 8

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