Électrostatique : Cours sur l'électrisation et la loi de Coulomb

Chapitre 1 Etude de l’électrostatique
L’électrostatique est la branche de l’électricité qui étudie les charges électriques
au repos. Elle constitue la base de la compréhension de nombreux phénomènes
électriques, tels que l’électrisation, les forces entre charges, et la création de
champs et potentiels électriques. Ce chapitre présente les phénomènes
d’électrisation, la loi de Coulomb, ainsi que les notions fondamentales de champ
électrique, de potentiel électrostatique et de différence de potentiel.
1-1) L’électrisation :
1-1-1) Définition :
L’électrisation est le phénomène par lequel un objet devient électriquement
chargé : cela résulte d’un déplacement d’électrons d’un corps à un autre .
Autrement dit, on charge un objet en transférant des électrons d’un matériau vers
un autre . Il existe deux types de charges électriques : positive (défaut d’électrons)
et négative (excès d’électrons). Un corps neutre contient autant de charges
positives que négatives.
1-1-2) Lois fondamentales de l’électrisation :
1-1-2-1) Conservation de la charge :
La charge ne peut pas être créée ni détruite, elle est transférée d’un corps à un
autre.
Charge totale avant = charge totale après
1-1-2-2) Interaction des charges :
 Charges de même signe se repoussent.
 Charges de signes opposés s’attirent.
1-1-3) Les modes d’électrisation :
Il est possible d’électriser la matière par conduction, par frottement ou par
induction.
1-1-3-1) L’électrisation par conduction :
L’électrisation par conduction, aussi appelée électrisation par contact, permet de
charger un objet neutre à partir d’un autre objet déjà chargé. Lorsque les deux
objets se touchent, des charges négatives se déplacent d’un objet à l’autre pour se
répartir uniformément entre les deux objets.
Lors de l’électrisation par contact, on obtient deux objets dont la charge est de
même signe.

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Exemple Figure 1 : Avant l’électrisation
Avant
En laboratoire, on a une tige et
une boule d’aluminium. La
tige est chargée négativement
et la boule est neutre.
Pendant Figure 2 : Au moment du contact
Au moment du contact, le
surplus de charges négatives
dans la tige cherche à se
répartir uniformément dans
chaque objet, car les charges
négatives se repoussent entre
elles. Une partie des charges
négatives en surplus se
déplace de la tige vers la
boule.
Après :
La tige et la boule sont maintenant chargées négativement.
Figure 3 : Après le contact
1-1-3-2) L’électrisation par frottement :
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L’électrisation par frottement permet de charger deux objets neutres et de nature
différente en les frottant ensemble. Lors du frottement, l’un des objets a tendance
à arracher des charges négatives à l’autre objet.
Lors de l’électrisation par frottement, on obtient deux objets dont les charges
sont de signes contraires, soit un objet chargé négativement et un objet chargé
positivement.
Exemples concrets (frottement)
Ballon et cheveux : le ballon acquis une charge négative et attire les cheveux
chargés positivement
1-1-3-3) L’électrisation par induction :
L’électrisation par induction aussi appelée électrisation par influence permet de
charger temporairement une portion d’un objet neutre en le mettant à proximité
d’un objet chargé.
Lors de l’électrisation par induction, l’objet temporairement chargé se retrouve
avec une portion chargée négativement et une portion chargée positivement.
Généralement, l’électrisation cesse lorsque l’objet chargé est éloigné de l’objet
neutre.
Exemple
Avant figure 4 : Avant l’électrisation
En laboratoire, on a une tige
et une boule d’aluminium. La
tige est chargée
négativement et la boule est
neutre.
Pendant
Lorsqu’on approche la tige et la boule, des charges négatives de la boule sont
repoussées par le surplus de charges négatives de la tige.
La portion de la boule qui est la plus près de la tige devient chargée positivement, alors
que la partie de la boule qui est la plus éloignée de la tige devient chargée
négativement.
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figure 5 : l’approche de la tige et la boule
Après
Lorsqu’on éloigne les deux objets, les charges négatives de la boule ne subissent
plus la force de répulsion de la tige chargée négativement. Les charges négatives
de la boule sont alors redistribuées uniformément. Toutes les parties de la boule
redeviennent neutres.
Exercice 1:
Un technicien observe les phénomènes suivants dans un atelier :
1. Il frotte une tige d’ébonite avec un chiffon en laine.
2. Il approche ensuite cette tige d’une boule métallique suspendue à un fil
isolant, sans la toucher.
3. Il touche ensuite la boule avec la tige.
Questions :
1. Identifier le mode d’électrisation dans chaque situation (1, 2 et 3).
2. Expliquer ce qui se passe au niveau des charges électriques dans la situation 1
(Indiquer qui gagne ou perd des électrons, et la nature de la charge obtenue.)
3. Dans la situation 2, pourquoi la boule métallique neutre réagit-elle à la
proximité de la tige sans contact ?
(Nommer le phénomène et décrire ce qui se passe dans la boule.)
4. Dans la situation 3, que devient la boule métallique après le contact avec la
tige ?
(Déduire la nature de sa charge après contact.)
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