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L'électricité
L'électricité ne se voit pas, et n'a pas d'odeur.
Il y a 2 sortes de charges électriques, du + et du -.
Des charges de signe contraire s'attirent mutuellement l'une vers l'autre avec une certaine force.
Des charges qui ont le même signe se repoussent l'une de l'autre avec une certaine force.
La loi de Coulomb en 1780
K du vide = 8,987551787368176 * 109 u.s.i, ce n'est pas la permittivité du vide.
La permittivité du vide est
La surface sphérique d'une boule est
La permittivité relative d'un isolant est
Il existe des tableaux qui reprennent les permittivités relatives de certains milieux.
La température joue aussi un rôle.
À 3000°C tous les matériaux deviennent conducteurs de l'électricité.
Une quantité de charge électrique s'exprime en coulombs.
Dans une batterie, il peut y avoir 3000 C
Plus il y a de coulombs plus grands est cette charge électrique.
C'est dans le vide que la force est la plus élevée pour un même problème.
Dans l'eau pure à 25°C et à pression atmosphérique normal, la force est 80 fois plus petites, pour le même problème.
Plus on est loin d'une charge électrique et moins on sera sensible à cette charge électrique.
Plus on est près d'une charge électrique et plus on sera sensible à cette charge électrique.
Un dénominateur ne peut pas être égal à 0.
Dans l'air si les charges électriques sont trop grandes, l'air fini par percer et donner une éclaire (un arc électrique).
L'isolant a claqué en un point minuscule. Cela peut arriver dans un condensateur électrique.
Les pointes attirent la foudre (effet de pointe).
Les charges électriques glissent sur les 2 surfaces montantes pour se concentrer à la pointe en un minuscule point et cela facilite le claquage de l'isolant.
C'est le principe du paratonnerre, si elle est reliée à très bonne terre.
Le bord d'une feuille rectangulaire de papier agit comme une espèce de pointe.
La feuille de papier sera donc maintenue perpendiculaire à la surface de plastique électrisée, temps qu'il n'y a pas de rencontre.
En effet, les charges électriques + apparaissent de chaque côté de cette feuille de papier, vers la charge -.
Pour ouvrir un sac-poubelle en plastique, on frotte le plastique du côté de son ouverture pour l'électriser et ainsi,
les 2 feuilles de plastique se repoussent, puis il devient plus facile d'ouvrir ce sac-poubelle.
Les plastiques polluent notre océan en grande pompe.
L'orage
Le ciel est rempli de nuages qui se frottent entre eux et s'électrisent pour former un orage.
Un orage peut suivre une chaîne de montagnes.
Une éclaire peut posséder une puissance énergétique de 20 centrales nucléaires.
Il peut y avoir une boule de feu de 30 cm de diamètre qui suit les murs intérieurs de votre maison,
jusqu'à une prise de courant.
Et, le moindre déplacement d'air peut l'attirer vers vous.
Le réchauffement climatique augmente les charges électriques et les orages.
La charge électrique va de pair avec le champ magnétique.
L'une ne va pas sens l'autre. Même si l'autre est parfois négligeable.
La vitesse de la lumière dans le vide est c = 2,99792458*108 m/s.
La perméabilité magnétique du vide est
L’attraction des masses est négligeable par rapport aux champs électriques et magnétiques.
En mars et avril, ainsi qu'en octobre l'électricité statique dans l'air augmente et rend les gens plus nerveux.
La cage de Faraday en 1831
Cette cage entièrement métallique de Faraday est reliée à la Terre, il vous faut une bonne Terre.
L'intérieur est protégé des charges électriques.
Un atelier de réparation de matériels électriques doit avoir sur le sol un caoutchouc de 1 cm d’épaisseur,
pour vous isoler de la terre et y poser dessus un plancher en bois sec.
C'est pour vous sécuriser des éventuelles décharges électriques, via la terre.
L'installation électrique de votre atelier doit posséder un différentiel de 30 mA.
1e exercice
2 charges électriques + de 1 C séparées d'une distance de 1 m dans le vide.
Quelle est la force répulsive entre ces 2 charges électriques.
rép) F = 9*109 *(1*1) / 12 = 9*109 Newtons.
2e exercice
1 charge électrique de 20 C opposée à une charge attractive de 110 C à 1 cm dans le vide.
Quelle est la force attractive entre ces 2 charges électriques.
rép) F = 9*109 * (20*(-110)) / 10-4 = 9*109 *(-2200)*10-4 = -(9*1015 * 22) = -198 *1015 Newtons.
3e exercice
Si, la distance entre 2 charges diminue par 2.
Quelle sera la force entre ces 2 charges électriques.
rép) F = 4F.
4e exercice
Si, la distance entre 2 charges augmente par 2.
Quelle sera la force entre ces 2 charges électriques.
rép) F = F / 4.
La plus petite charge électrique négative mesuré en 2020 est l’électron. -1,602176462 *10-19 C
En réalité un électron est un porteur de charge électrique encore bien mystérieux tout de même aujourd'hui en 2021.
La plus petite charge électrique positive mesuré en 2020 est le positron et aussi le proton. +1,602176462 * 10-19 C
Les porteurs de charge électrique sont encore très mystérieux aujourd'hui, en 2021, ils semblent assez proches de la théorie quantique, très difficile à interpréter tout de même. La théorie quantique est une théorie mathématique assez complexe.
C'est quoi réellement une charge électrique ou un porteur de charge électrique ???
Attention un positron et un proton, ce n'est pas la même chose.
Le proton est dans le noyau de l'atome et le positron est une antiparticule de l'électron, il semblerait que dans le vide, ils apparaissent pendent de très courte durée, on les appelle ainsi particules virtuelles.
La force de Coulomb est un vecteur.
Le champ électrique est aussi un vecteur
Le champ électrostatique est la zone d’influence souvent sphérique qui entoure les charges électriques.
Le champ magnétique est la zone d’influence souvent sphérique qui entoure les charges magnétiques.
Le vecteur du champ électrique est tangent en tout point d'une ligne de champ.
On a choisi un positron que l'on place dans le champ électrique d'une charge électrique Q positive suffisamment grande,
ce positron subira alors une force répulsive dans le même sens que le champ électrique et perpendiculaire à cette charge Q.
On dira que le champ d'une charge positive va vers la charge négative, c'est une convention prise.
Les lignes du champ électrique, en réalité, elles ne sont pas visibles.
Elles nous renseignent en gros, comment elles passent.
Si on peut les matérialiser, c'est avec beaucoup de minuscules dipôles isolants sur un bain d'huile, le tout soumit à un champ électrique.
Les lignes de champ électrique dépendent de l’épaisseur des minis dipôles (des graines de semoule).
Les lignes d'un champ électrique ne se croisent jamais.
La charge + possède un champ électrique divergent.
La charge - possède un champ électrique convergent.
Dans un champ électrique, une charge électrique q1 subit une certaine force.
→ →
F = E*q1. Le champ électrique s'exprime Newtons / C.
Surfaces équipotentielles
C'est une surface qui en tout point possède la même valeur du champ électrique. Valeur -> (Newtons / C).
Elles sont souvent sphériques.
La différence de potentiel
La différence de potentiel se situe entre 2 surfaces sphériques équipotentielles différentes comme la figure ci-dessus.
Cela exprime un travail qu'il faut donner pour passer une charge électrique d'une surface équipotentielle à une autre,
quelque soie le chemin parcourut.
La différence de potentiel s'exprime en nombre de volts.
Une batterie de voiture possède du 12 V continu avec une borne + et une borne -.
Le champ électrique s'exprime en Newtons / C mais aussi en Volts / m.
Avec C en coulombs et m en mètres.
Dans un conducteur, les charges électriques peuvent circuler.
Dans un isolant les charges électriques ne peuvent pas circuler.
Quand, on électrise un plastique par frottement, on n'arrache pas des électrons, on leur soumet une énergie.
Pour s'en rendre compte, il vous faut une balance de grande sensibilité, le poids ne change pas avant et après
l'électrisation. Un électron possède une masse, c'est un porteur de charge négative.
Un bon conducteur est l'argent.
Un bon isolant est la céramique.
Les champs électriques sont liés à la tension électrique (volts).
Si on écrase de la matière en poussière de plus en plus fine,
on finit par avoir une molécule, elle est la plus petite partie d'une matière possible.
La molécule d'eau est composée de 2 atomes d'hydrogène et de un atome d'oxygène.
Une molécule est composée d'un atome ou de plusieurs atomes.
Une molécule d'air, dioxygène
Dihydrogène
Le gaz à effet de serre
Un atome possède en son centre un noyau de charge + et à l'extérieur de celui-ci, il y a au moins 1 électron decharge -.
Dans le noyau, il y a au moins 1 proton de charge positive et au moins 1 neutron qui n'a aucune charge électrique.
La masse d'un atome dépend essentiellement de la masse du neutron ou des neutrons.
La charge électrique du proton possède la même charge électrique que l'électron, mais de signe contraire.
L'hydrogène est le seul atome dont son noyau peut ne pas posséder de neutron.
C'est le plus léger des atomes.
L'atome est en ensemble dynamique de charges électriques et de moments magnétiques assez complexes.
La taille d'un atome est de l’ordre de 6,2*10-11 m = 0,01 nm = 0,1 Å . Son noyau est 100 000 fois plus petit.
Le cheveu a une épaississeur de 62 µm = 62*10-6 m = 1000 fois plus grand qu'un virus. Un virus est 1000 fois plus grand qu'un atome.
Les atomes essayent, tous d'avoir une couche externe complète d'électrons comme les gaz rares.
L'hydrogène essaye d'avoir 2 électrons extérieurs comme l'hélium et parfois, il peut prêter un électron à un autre atome.
Tous les autres atomes essayent d'avoir 8 électrons sur leur couche externe comme le Néon.
Les atomes qui possèdent moins de 4 électrons sur leur couche externe sont des métaux conducteurs.
Les atomes qui possèdent plus que 4 électrons sur leur couche externe sont des isolants.
Les atomes qui possèdent 4 électrons sur leur couche externe sont des semi-conducteurs.
Les gaz rares ont 8 électrons sur leur couche externe et, par conséquent, ils ne se relient pas avec d'autres atomes.
C'est même pour cette raison qu'ils sont en état gazeux. Seul l'hélium possède une couche externe complète à 2 électrons.
Les métaux conducteurs essayeront de donner des électrons afin, que leur couche d'électrons précédente soie complète à 8 électrons.
Les isolants essayeront de capter des électrons pour remplir leur couche externe.
Un atome qui capture un électron devient un ion négatif.
Un atome qui perd un électron devient un ion positif.
Prenons le cas de l'eau H2O → 2 hydrogènes avec 1 oxygène.
L'oxygène veut capter 2 électrons, et l'hydrogène veut en prêter 1 électrons.
L'oxygène va s'associer à 2 atomes d'hydrogène. C'est de la chimie.
Prenons le cas du CO2 → 1 carbone avec 2 oxygènes.
L'oxygène veut capter 2 électrons, et le carbone veut en prêter 4 électrons.
Le carbone va s'associer à 2 atomes d'oxygène.
Tout cela, grâce aux charges électriques.
Mendeleïev en 1900 rédige le tableau périodique des éléments.
Il y a 118 éléments dans ce tableau.
Z est le numéro atomique d'un élément de ce tableau périodique, il représente le nombre de protons de son noyau.
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