1.1 Charge électrique

Plan du chapitre 1
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1.1 Charge électrique
•
1.2- 1.3 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:
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1.1 Charge électrique
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.
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1.1 Charge électrique
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
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1.1 Charge électrique
Nous savons aujourd’hui, qu’une particule est responsable de la plupart
des phénomènes électrostatique et électromagnétique.
Quelle est cette particule?
C’est quand même assez
surprenant qu’une si petite particule
soit responsable de tant de
phénomènes
C’est bien sûr l’électron
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.
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1.1 Charge électrique
Caractéristiques de l’électron :
a) Charge négative
b) Masse
c) Spin
Charge ( q)
Masse (m)
Spin (s)
qe = - e = - 1,6 x 10 – 19 C
me = 9,11 x 10 -31 kg
se = ½ h/2π = 5,27 x 10-35 Js
Pour en savoir plus : La recherche , octobre 1995,
Votre manuel de physique, manuel :section 8.9
Votre manuel de chimie
Plusieurs sites Web
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1.1 Charge électrique
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.
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1.1 Charge électrique
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 = 3x109 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 10 -19 C
Où C est le symbole de l’unité de la charge électrique le
Coulomb.
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1.1 Charge électrique
Plus tard, des expériences ont montré que la charge d’un
électron a la valeur suivante :
qe = - e = - 1,60 x 10-19 C
et que celle du proton est
qp = e = + 1,60 x 10-19 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
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1.1 Charge électrique
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
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1.1 Charge électrique
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.
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1.1 Charge électrique
Résumé par réseau de concepts
Propriété électrique acquise
par frottement
Situations
familières
Définition
Positive ou négative
Formule
Statique sur les
vêtements
Se calcule
q= ± Ne
Charge
électrique
Se conserve
Explication par le
transfert d’électrons
Modèle atomique ,
quark
Liens
Mise en évidence par la
présence de forces attractive
ou répulsive
Expérience
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1.1 Charge électrique
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
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