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LES INTERACTIONS FONDAMENTALES
Savoir que toute charge électrique est multiple d'une charge élémentaire.
Connaître l'ordre de grandeur du rapport des masses du nucléon et de l'électron.
Connaître l'ordre de grandeur du rayon d'un atome et d'un noyau.
Connaître et savoir appliquer la loi de Coulomb
Savoir que dans un métal une fraction des électrons est libre de se déplacer dans tout l’échantillon, alors que
dans un isolant les déplacements des charges sont inférieurs à la taille atomique
Savoir qu’au niveau du noyau s’exercent deux types d’interactions dont les effets sont opposés
Savoir que la cohésion de la matière est assurée par :
- l’interaction gravitationnelle à l’échelle astronomique
- l’interaction électromagnétique à l’échelle des atomes, des molécules et de la matière à notre échelle
- l’interaction forte à l’échelle du noyau.
1.Les particules élémentaires
Dans l’Univers, la matière se présente sous des formes très diverses (noyaux, atomes, molécules, ions,
phases condensées ou gazeuses, organismes vivants, systèmes astronomiques…). Elle résulte de
l’arrangement de trois particules élémentaires de bases : l’électron, le proton et le neutron.
(Les protons et les neutrons sont constitués chacun de 3 quarks mais seront considérés au lycée comme des
particules élémentaires.)
1.1.Les particules élémentaires
Historique :
Electron
De 1858 à 1897, étude des « rayons cathodiques » :
En 1879, W. Crookes constate que les rayons cathodiques sont
déviés par un aimant ;
En 1891, G. Stoney émet l’hypothèse de l’existence d’une
particule (qu’il nomme « électron ») dans les rayons
cathodiques ;
En 1895, J. Perrin montre que les rayons cathodiques sont
constitués de particules chargées négativement ;
En 1897, J. J. Thomson mesure le rapport
par action
combinée d’une force électrique et d’une force magnétique
puis fait l’identification d’un seul type de particule comme
constituant des « rayons cathodiques ») ;
En 1911, R. Millikan mesure la charge de l’électron.
Proton et neutron
En 1911, E. Rutherford met en évidence l’existence de noyaux
atomiques chargés positivement.
En 1914, E. Rutherford suggère l’existence du proton
En 1919, E. Rutherford réalise une « transmutation nucléaire »
en bombardant des noyaux d’azote par des particules
, il
obtint un autre élément et une particule positive nommé
« rayon H » puis proton.
En 1920, E. Rutherford émet l’hypothèse de la présence de
neutrons dans le noyau.
En 1932, J. Chadwick met expérimentalement en évidence
l’existence des neutrons.
L’électron est une particule élémentaire de masse
et de charge électrique négative
où e est
la charge élémentaire.
Le proton est une particule de masse
et de charge électrique positive
.
Le neutron est une particule de masse
et de charge électrique nulle. La masse du neutron est
proche de celle du proton.
Le coulomb, de symbole C,
est l'unité de charge électrique
dans le système international
(S.I.).
27 27
p
m 1,6726231 10 kg 1,67 10 kg
27 27
n
m 1,674929 10 kg 1,67 10 kg
La charge élémentaire :
L'électron porte la plus petite charge électrique existante dans l'état actuel de nos connaissances. On la
considère comme indivisible et on l'appelle charge élémentaire.
Une charge électrique est toujours un multiple de la valeur de la charge élémentaire notée
.