Frottement Lorsque tu frottes deux substances l`une contre l`autre, il

Frottement
Lorsque tu frottes deux substances l'une contre l'autre, il y a un transfert
d’électrons d’une substance à l’autre. Comment est-ce possible? Comme tu l’as vu dans la
leçon 1.1 portant sur les charges électriques, les électrons négatifs orbitent autour du noyau positif
(protons). La force d’attraction électrique exercée par les protons sur les électrons maintient ces
derniers autour du noyau. Cependant, chaque atome possède sa propre force d’attraction. C’est pour
cette raison que certaines substances perdent leurs électrons plus facilement que d'autres. Regarde le
tableau suivant qui montre l’attraction des électrons pour différentes substances.
La série électrostatique
Nom de la substance
Attraction des électrons
acétate
attraction faible
verre
laine
fourrure
plomb
soie
coton
paraffine
ébonite
cuivre
caoutchouc
ambre
soufre
or
attraction forte
Par exemple, si tu prends la fourrure et l’ébonite et que tu les frottes l'une contre l'autre, certains
électrons de la fourrure subiront une force d’attraction plus grande de la part des noyaux atomiques de
la tige d’ébonite que de la part de ceux de la fourrure. Donc, après le frottement, la tige d'ébonite aura
une charge négative due à la capture de certains électrons de la fourrure. De son côté, la fourrure
possède une charge positive, car elle a un déficit d’électrons à cause de la perte d'électrons. N’oublie
pas, si la fourrure perd x électrons, la tige d’ébonite recevra x électrons selon la
loi de la conservation de la charge.
En conclusion, lors du frottement, un objet
sera chargé positivement et l’autre sera
chargé négativement à cause de la force
d'attraction électrique.
Avant de passer à la conduction et à l’induction, tu dois comprendre le phénomène de la séparation
des charges : La séparation des charges est un phénomène qui se déroule à l'intérieur d'un objet
neutre. Les charges négatives à l'intérieur de cet objet se déplacent d'un côté à cause de l'apparition
d'une char La séparation de la charge induite n’est pas un moyen pour électriser
un objet, mais plutôt une façon d’attirer un objet neutre à partir d’un objet
électrifié.
Conduction :La
deuxième façon d'électriser un objet est la conduction. La conduction ou
contact fait appel au phénomène de la séparation des charges. En conclusion,
charge par
un objet électrisé par conduction a le même signe que l’objet ayant servi à
l’électriser.
Induction :
La troisième façon d'électriser un objet est l'induction. Encore une fois,
l'induction ou charge par induction fait appel au phénomène de la séparation des charges ainsi
qu'à la mise à la terre. En conclusion, un objet électrisé par induction prend la
charge contraire à celle de l’objet ayant servi à l’électriser.
La loi de la conservation de la charge et l'unité de la charge
électrique : Pour chaque méthode utilisée pour électriser un objet, tu peux te demander comment
les charges réagissent entre elles. Dans les trois méthodes, le nombre d’électrons qu’un objet
gagne est égal au nombre d’électrons que l’autre objet perd. En tout temps, la charge totale
reste la même. Cette propriété est connue sous le nom de la loi de la conservation de la
charge :
LA CHARGE TOTALE D’UN SYSTÈME ISOLÉ RESTE CONSTANTE.
Le terme « isolé » signifie qu’il n’existe pas de chemin ou de possibilité par lesquels les charges
pourraient entrer dans le système ou en sortir.
La charge électrique d’un objet électrisé est mesurée en unités appelées coulombs (symbole :
C) en l’honneur du scientifique Charles Augustin de Coulomb, qui a travaillé sur les forces
électriques.
Pour se donner une idée de la grandeur d’un coulomb (1 C) et pour se conformer avec les unités SI, le
coulomb est défini comme étant la quantité d’électricité qui passe en 1 s dans une ampoule de 100 W
alimentée par un courant continu de 100 V à courant direct. Tu as vu que la charge élémentaire
(charge d’un électron ou d’un proton) est de :
e = 1,6 x 10-19 C
La charge élémentaire est la plus petite de toutes les charges, car il est impossible de gagner ou
de perdre une partie d’un électron. Donc, toutes les charges des objets électrisés sont des
multiples de la charge élémentaire.
Si tu veux savoir combien il y a d’électrons dans une charge de 1 coulomb, il
suffit de faire un produit croisé : À l’intérieur d’un objet ayant une charge de
1 C, il y a un gain ou une perte de 6,24 x 1018 électrons. Cela représente une
quantité assez impressionnante d'électrons.
1 électron = 1,6 x 10-19 C
x électron = 1 C
Les éclairs et les paratonnerres
Jusqu'à maintenant, tu as étudié le transfert des charges électriques sur des petits objets. Le
phénomène se produit également à plus grande échelle. La foudre est la manifestation la plus
spectaculaire de l'électricité atmosphérique.
Les scientifiques croient que la création d'un éclair est due à la séparation des charges à l'intérieur de
gros nuages, à cause de la présence simultanée d'eau en différentes phases (liquide - solide). Ce
mécanisme de séparation des charges n'est pas bien connu et plusieurs recherches sont consacrées à
ce sujet. On peut toutefois affirmer qu'une partie du nuage se retrouve chargée négativement (la partie
inférieure, environ -40 C) et une autre positivement (la partie supérieure, +40 C). Étant donné que le
bas du nuage est chargé négativement, cela induit une charge positive à la surface de la Terre.
L'air est habituellement un isolant, sauf lorsque le champ électrique entre le bas du nuage et la surface
de la Terre est assez grand (environ 3,0 x 106 N/C); l'air s'ionise, deviens conducteur et l'éclair
apparaît.
L'éclair cause beaucoup de dommages et de pertes de vie. Seulement aux États-Unis, elle tue deux
cents personnes chaque année. Le paratonnerre a été inventé pour s'en protéger. Le paratonnerre est
une tige métallique placée au point le plus élevé d'un immeuble et rattachée à la Terre grâce à un fil
conducteur. Vu que l'air se comporte comme un isolant, l'éclair cherche toujours le chemin offrant le
moins de résistance. En plaçant une tige conductrice au sommet d'un édifice, l'éclair aura tendance à
l'utiliser à cause de la grande conduction qu'elle offre; et comme cette tige est reliée à une mise à la
terre, il n'y aura aucun dommage.
loi de Coulomb :
La lettre « k » représente la constante de proportionnalité nommée constante de Coulomb
On peut déterminer la valeur de la constante de Coulomb « k » en utilisant la balance de torsion. En
plaçant des charges de grandeur connue, en mesurant la distance entre leur centre et en notant l’angle
de torsion, on arrive à déterminer une valeur approximative de la constante.
Aujourd'hui, la valeur utilisée dans la loi de Coulomb pour « k » est
La loi de Coulomb s’applique seulement quand les sphères sont des charges ponctuelles. Pour que
les charges soient considérées comme ponctuelles, les dimensions des deux sphères doivent être
petites par rapport à la distance qui sépare les deux corps.