Les phénomènes électriques (Notes STE p.87 | Notes ST p.46)
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Rappel
Un atome est constitué de :
Protons qui ont une charge positive.
Électrons qui ont une charge négative.
Neutrons qui n’ont aucune charge.
Comme nous l'avons vu précédemment, les protons sont fortement retenus au noyau de l’atome par la force nucléaire. Au contraire, les électrons de valence, qui sont situés loin des charges positives du noyau, peuvent être transférés d’un atome à l’autre.
La charge électrique est la propriété qui permet à une particule d'exercer ou de subir des forces électriques.
Dans les équations mathématiques, on représente la charge électrique d’une substance par la variable " q ". L’unité de mesure de la charge électrique est le Coulomb (C). On a pu mesurer la charge d’un électron ou d’un proton : 1,602 10-19 C. Il faut donc 6,25 ×10-18 électrons ou protons pour arriver à une charge de 1 Coulomb.
Les objets chargées exercent une force les uns envers les autres, c'est la force électrique.
Les charges électriques de même signe se repoussent.
Les charges électriques de signes différents s'attirent.
Un objet chargé face à un objet neutre peut générer de l'attraction grâce au principe d'induction.
Les charges électriques ne peuvent être créées ou détruites, elles peuvent seulement se déplacer d’un objet à l’autre.
L’électrisation d’un objet se produit lorsque celui-ci gagne ou perd des électrons.
Les objets sont majoritairement neutres. La preuve, lorsque tu touches les objets autour de toi, tu ne reçois pas de décharges électriques. Toutefois, il est possible de donner une charge d’un objet à d’autres objets en transférant des électrons.
On s’est rendu compte, au fil des expériences, que les objets réagissent différemment lors d’une électrisation. On a pu classer les objets en 3 catégories :
Les conducteurs: Les charges électriques (c'est-à-dire les électrons) peuvent facilement s'y déplacer.
Exemple: Les métaux
Au niveau atomique, un conducteur est une substance qui exerce une faible attraction sur ses électrons de valence.
Les isolants: Les charges électriques (c'est-à-dire les électrons) peuvent difficilement s'y déplacer.
Exemple: Les non-métaux, bois, plastiques, céramiques
Au niveau atomique, un isolant est une substance qui exerce une forte attraction sur ses électrons de valence.
Les semi-conducteurs: Les charges électriques (c'est-à-dire les électrons) peuvent s'y déplacer sous certaines conditions.
Exemple: Certains métalloïdes--> Silicium, Germanium
Il existe 3 manières d’électriser de la matière :
**** Électrisation par frottement ****
Pour savoir quelle substance donnera ses électrons à une autre lors d’un frottement, il suffit de consulter un tableau de suite électrostatique. Cette propriété des substances, qui compare leur capacité à recevoir ou donner un électron de valence, s’appelle l’affinité.
(Suite électrostatique fournie à l’examen)
Exemple: On frotte un chandail de laine avec un ballon de caoutchouc. Suite au frottement… Quelle sera la charge électrique du caoutchouc? Quelle sera la charge électrique du chandail?
Dans la suite électrostatique, la laine est plus près que le caoutchouc de la zone "Tendance à donner des charges négatives". La laine aura donc plus tendance que le caoutchouc à donner ses charges négatives, devenant ainsi positive.
Dans la suite électrostatique, le caoutchouc est plus près que la laine de la zone "Tendance à recevoir des charges négatives". Le caoutchouc aura donc plus tendance que la laine à recevoir des charges négatives, devenant ainsi négatif.
La laine donne donc ses électrons au caoutchouc. Le chandail est donc chargé positivement et la balloune chargée négativement. Il y aura attraction entre les deux.
Les champs électriques (Notes STE p.90 | Notes ST p.XX)
Les charges électriques interagissent entre elles. L’interaction entre deux corps chargés placés à proximité est causée par une force, la force électrique. Cette force peut agir à distance, sans qu’il y ait de contacts directs entre les objets, tout comme la force de gravité.
Pour expliquer comment une force peut agir à distance, on utilise la notion de champ de force.
Le champ électrique est la région de l’espace où une charge électrique peut en influencer une autre grâce à la force électrique.
Les champs électriques sont invisibles. On peut cependant les représenter à l’aide de « lignes de champ électriques ». Ces lignes démontrent la direction qu’une charge négative subirait si elle était placée dans ce champ.
La loi de Coulomb (Notes STE p.90 | Notes ST p.XX)
Charles Augustin de Coulomb a mesuré les forces d’attraction et de répulsion entre deux particules chargées.
Il a pu en déduire la force électrique créée par deux charges placées à une certaine distance l’une de l’autre. Voici la formule :
Lorsqu'on approche deux objets chargés, on remarque que la force électrique sera plus grande.
Lorsqu'on augmente la charge électrique d'objets chargés sans changer la distance entre les deux, on remarque que la force é
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