Notes module 3 - physique 51411
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Électrostatique • Électricité qui ne bouge pas Module 3 Électrostatique Charges par frottement • Le transfert de charge par frottement se produit en frottant deux objets ensemble. Un des objets gagne des électrons tandis que l’autre perd le même nombre d’électrons. Charges électriques • Atome neutre Charges électriques nombre de protons = nombre d’électrons • Atome avec charge positive proton (p+) +1,6 x 10-19 C nombre de protons > nombre d’électrons neutron • Atome avec charge négative (n0) 0 nombre de protons < nombre d’électrons électron (e-) • Par frottement, il est possible de déplacer des électrons d’un atome à l’autre avant : A B après : 1000 e1000 p+ 1000 e1000 p+ 900 e1000 p+ 1100 e1000 p+ B A On a transféré 100 e- de l’atome A à l’atome B. L’atome A devient chargé positivement et l’atome B chargé négativement. négativement • Les charges différentes s’attirent + • Les charges semblables se repoussent + + - - -1,6 x 10-19 C Formule q= ne- Exemples 1) Quelle est la charge d’un atome ayant un surplus de 100 électrons ? q : charge électrique (C) n : nombre d’électrons (- si les électrons sont transférés + si les électrons sont gagnés) e- : -1,6 x 10-19 C 2) Un atome a une charge de +1,6 x 1019 C. Combien d’électrons ont été perdus ou gagnés ? Devoir 3) Un atome a une charge de -2 x 6 d’électrons ont été 10 C. Combien perdus ou gagnés ? 4) Calcule la charge d’une petite sphère à la surface de laquelle il y a un surplus de 5 x 1014 électrons. 1) Un atome neutre de sodium peut facilement perdre un électron. Quelle est dans ce cas la grandeur de la charge de l’ion positif ? 2) Un atome neutre de chlore peut facilement gagner un électron. Quelle est la grandeur de la charge de l’ion négatif ainsi formé ? Forces électriques 4) Quel est l’état électronique (en d’autres termes, à combien s’élève le surplus ou le manque d’électrons) d’un atome qui a une charge de : a) +3,2 x 10-8 C b) -8,0 x 10-13 C Exemples 1) Quelle est la grandeur de la force de répulsion entre une charge de 8 µC et une charge de 12 µC séparée par une distance de 10 cm ? 2) Quelle est la grandeur de la force de répulsion entre deux petites sphères séparées de 1 m, si chacune a une charge de 1,0 x 10-12 C ? • Loi de Coulomb : La force d’attraction entre deux charges de signe contraire est directement proportionnelle au produit des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. 3) La grandeur de la force électrostatique entre deux petits objets chargés est de 5,0 x 10-5 N. Calcule la force dans chacune des situations suivantes : a) La distance entre les charges est doublée. b) La charge sur l’un des objets est triplée et sur l’autre, elle est divisée par deux. c) Les changements en (a) et (b) se produisent simultanément. 3) La grandeur de la charge d’un électron est de - 1,6 x 10-19 C. Donnez la grandeur, en coulombs, et le signe de la charge d’un atome ayant : a) un surplus de 1,0 x 105 eb) un manque de 5,0 x 1010 e- Formule Fe = kq1q2 d2 Fe : Force électrique (N) k : constante (9 x 109 Nm2/C2) q1, q2 : charges (C) d : distance (m) Devoir • Page 330 # 1 à 6 (sauf 1b) • Page 335 # 3 • Page 362 # 2 Exemples 1) Quelle est la force nette sur la sphère C ? A B agissant 2) Quelle est la force nette sur la charge de 6µC ? C 3) Quelle est la force nette sur la charge de 6µC ? -4 µC -6 µC 4x 10-6 C -2,5 x 10-7 6,4 x C 10-6 C 10 cm 10 cm 5 µC 50 cm 10 cm 20 cm Champs électriques • Page 334 # 8 et 9 • Page 336 # 5 et 7 • L’intensité du champ électrique (ε) est défini comme la force électrique par unité de charge (mesuré en N/C) ε = Fe q ou Devoir 10-9 2) Deux charges, l’une de 3,2 x C, -9 l’autre de -6,4 x 10 C, sont séparées de 42 cm. Calcule le champ électrique net au point P, à 15 cm de la charge positive, sur la ligne qui relie les deux charges. • Page 343 # 2 à 5 10 cm 6 µC 7 µC Devoir 9 µC 50 cm 50 cm 10 cm 8 µC Exemples 1) Quel est le champ électrique à 0,60 m d’une petite sphère portant une charge positive de 1,2 x 10-8 C ? ε = kq d2 Le potentiel électrique • Le potentiel électrique (V) ou la différence de potentiel électrique correspond au travail nécessaire pour déplacer une charge d’un point à un autre. Exemples Formules V=W q V = kq d ε=V d 1) Calcule le potentiel électrique à une distance de 0,4 m d’une charge ponctuelle sphérique de 6,4 x 10-6 C. V : potentiel électrique (V) W : travail (J) q : charge (C) d : distance (m) ε : intensité (N/C) 2) Quel est le potentiel électrique nécessaire pour déplacer une charge de 5 µC sur une distance de 25 cm si une force de 5 N est nécessaire ? 4) Dans un champ électrique uniforme, la différence de potentiel entre deux points séparés de 12 cm est de150 V. Calcule la grandeur de la force du champ électrique. 5) La force du champ électrique entre deux plaques parallèles est de 450 N/C. Les plaques sont raccordées à une pile fournissant une différence de potentiel de 95 V. Quelle est la distance entre les plaques ? • • • • • Devoir Page 354 # 1 à 4 Page 358 # 1, 7 et 9ab Page 362 # 3 Page 368 # 1 Page 378 # 5, 7, 12, 13, 14, 18, 19, 23, 24 et 29 3) Quel quantité de travail doit-on produire pour augmenter le potentiel d’une charge de 3 x 10-7 C de 120 V ? En un certain point, l’intensité du champ d’une sphère avec un manque de 1200 électrons est de 48 N/C. a) Calcule la force électrique en ce point. b) Calcule la distance séparant ce point et la charge.
