Notion de charge électrique et de force électrostatique

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L'Atome

L'atome est la plus petite particule d'un corps qui puisse exister. Un corps est constitué d'un assemblage d'atome. On peut en compter des milliards pour une petite partielle de la matière.

La constitution d'un atome

L'atome est constitué d'un noyau au tour duquel gravitent les électrons. Le noyau est constitué de deux particules appelées nucléons, ces particules sont donc les protons et les neutrons.
Le nombre de proton dans un atome est égal au nombre d'électron.
Dans un atome les électrons sont repartis sur différentes couches ou orbites. Il existe sept couches soit par un nombre appelé nombre quantique principal (n=1; 2; 3... 7) ou par les lettres K, M, N, O, P, Q.

n

1

2

3

4

5

6

7

lettre

K

L

M

N

O

P

Q

Chaque couche peut recevoir un nombre maximal de 2n2 électrons. La structure d'un atome se présente donc comme suite.

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Propriété électrique d'un atome

C'est la couche périphérique encore appelée couche de valence qui donne à l'atome ses propriétés chimiques et électriques. Elle comporte toujours un maximum de 8 électrons sauf pour la couche K qui a un maximum de 2 électrons.
L'électron est chargé d'une quantité d'électricité négative. qe =-1,2x10-19coulomb (c)
Le proton est chargé d'une quantité d'électricité positive. qp =1,6x10-19c
Le neutron est électriquement neutre. qn = 0
La charge d'un atome est donc nulle car le nombre de proton est égale au nombre d'électron.
Les corps dont la couche périphérique ne comportant qu'un; deux; trois électrons libres aurons tendance à perdre ces électrons et à devenir ions positifs. Un ion étant un atome qui a perdu ou gagné des électrons. Les corps ayant ce type de propriété sont des métaux. Ce sont des bons conducteurs du courant électrique, exemple: le cuivre, l'aluminium, le fer, l'or.
cuivre → 1e+Cu+
Aluminium → 3e+Al3+
Fer → 2e+Fe2+
Or → 3e+or3+
O2+4e → 2O2-
Cl2+2e → 2Cl-
Les corps donc la couche périphérique comporte 5; 6 ou 7 électrons aurons tendance à capter des électrons et à devenir des ions négatifs. Les corps ayant ces propriétés sont des non métaux, ce sont des mauvais conducteurs du courant électrique ou isolant, exemple: l'oxygène: (O2) et le chlore: (Cl2).
Les corps ayant 4 électrons périphériques sont intermédiaires aux deux cas précédant: ce sont des semi-conducteurs, exemple: le Silicium et le carbone.
Les corps ayant 8 électrons périphériques ont leur couche extérieure saturée, il ne donne lue à aucune réaction chimique. Ce sont les gaz rares, exemple: Argon (Ar)


L'électrisation

C'est le phénomène d'apparition d'une charge électrique ou d'apparition des quantités d'électricité sur un corps. Il existe 3 types d'électrisation:

  • L'électrisation par frottement
  • L'électrisation par contact
  • L'électrisation par influence.

Electrisation par frottement

Première expérience

On utilise un stylo à bille (matière plastique) et des morceaux de papiers légers.
On approche le stylo non frotté des morceaux des papiers, on n'observe rien du tout.
Si on frotte le stylo sur les cheveux en approchant les bouts de papier, on constate qu'il les attire.

Interprétation

L'attraction des bouts de papier est due à l'apparition des forces appelées forces électriques sur le stylo frotté sur les cheveux. On dit alors que le stylo est électrisé par frottement ou chargé d'électricité.

Deuxième expérience

On utilise deux règles en verre que l'on frotte sur la peau du chat et 2 règles en bois que nous frottons sur de al beine.
On constate que les deux règles en bois ainsi que les deux règles en verre se repussent alors que la règle en bois et la règle en verre s'attire.

Interprétation

On admet qu'il y'a deux espèces de charge électrique et par convention.
On va appeler électricité positive, celle qui apparaît sur la règle en verre frottée sur la peau du chat, et électricité négative celle qui apparaît sur la règle en bois frottée sur la leine.
En somme, nous pouvons conclure que 2 corps chargés d'électricité de même signe se repoussent. Alors que 2 corps chargés d'électricité de signe contraire s'attirent.

Explication de l'électrisation

En frottant une règle en ver sur la peau du chat cette dernière va perdre des électrons et devenir un ion positif. Elle est donc chargée d'électricité positive.
Alors qu'une règle en bois frottée sur de la laine va gagner des électrons et devenir un ion négatif. Elle sera donc chargée d'électricité négative.

Electrisation par contact et par influence

L'électrisation par contact se fait à l'aide d'une boule en fer chargée positivement et d'une règle en bois chargée négativement.
L'électrisation par influence se fait à l'aide d'un appareil appelé l'électroscope qui comporte une cage en verre et une tige au bout de laquelle il y'a deux feuilles métalliques.


Force électrostatique

La force électrostatique est celle qui explique l'attraction ou la répulsion entre 2 charges électriques. Ses caractères sont donnés par la loi de coulomb.

Enoncé de la loi

La force d'attraction ou de répulsion qui s'exerce entre deux charges ponctuelle qA et qB placées respectivement au point A et B est:

  • Dirigée suivant la droite (AB)
  • Proportionnelle à qA et qB
  • Inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges (AB)2.
  • Son intensité est la suivante:
    F = ||FA/B|| = ||FB/A|| = (K.|qA|.|qB|)/AB2.
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