m m m q q

Chapitre : Cohésion de la matière
Notions et contenus
 La matière à différentes échelles :
du noyau à la galaxie.
 Particules élémentaires : électrons,
neutrons, protons.
 Charge élémentaire e.
 Interactions fondamentales :
interactions forte et faible,
électromagnétique, gravitationnelle.
 Cohésion du noyau, stabilité.
Compétences attendues
 Connaître les ordres de grandeur des dimensions des
différentes structures des édifices organisés.
 Connaître l’ordre de grandeur des valeurs des masses d’un
nucléon et de l’électron.
 Savoir que toute charge électrique peut s’exprimer en
fonction de la charge élémentaire e.
 Associer, à chaque édifice organisé, la ou les interactions
fondamentales prédominantes.
 Réaliser et interpréter des expériences simples
d’électrisation.
I. Evaluation diagnostique
Le noyau
L’atome
La cellule
L’homme
La Terre
10-15 m
10-10 m
10-5 m
100 m
107 m
Le système
solaire
1013 m
La
galaxie
1021 m
L’univers
1026 m
Les particules élémentaires : proton, neutron, électron.
La charge élémentaire est notée e et vaut e = 1,6 x 10 -19 C.
La charge électrique notée q d’un noyau atomique, d’un ion ou d’un objet chargé peut s’exprimer en
fonction de la charge élémentaire e : q = n x e ou n est un nombre entier positif si la charge est positive et
négatif si la charge est négative.
Electron
Proton
Neutron
-30
-27
Masse ordre de
me » 10 kg
mn » 10-27 kg
m p » 10 kg
grandeur
Charge en C
0
q = +e
q = -e
e
p
II. AE1 Phénomènes surprenants
Expérience : On frotte une règle en PVC (matière plastique) avec une fourrure de chat. La règle est ensuite
approchée d’un pendule électrostatique. Celui-ci est constitué d’une boule en métal suspendue par un fil non
conducteur électriquement. La boule, initialement à la verticale, se déplace alors vers la règle. Dès qu’il y a
contact, la boule repart alors à l’opposé.
Electrisation par influence
Electrisation par contact
Répulsion électrostatique
Interprétation : En frottant la règle avec la fourrure de chat, elle est électrisée négativement par effet
triboélectrique. Quand on approche la règle de la boule, l’interprétation est la même que pour l’expérience
précédente. On parle d’électrisation par influence.
Quand il y a contact, certains des électrons surnuméraires de la règle passent dans la boule. Celle-ci était
globalement neutre avant la mise en contact. Du fait des électrons, elle devient négative. Il s’agit d’une
électrisation par contact. Comme il reste des électrons excédentaires dans la règle, il y a répulsion
électrostatique.
Dans un matériau conducteur électrique, les charges électriques (électrons) peuvent circuler facilement,
par opposition à un isolant électrique. Le fil tenant la boule étant un isolant, l’excès de charges négatives
dans la boule ne peut pas être évacué par celui-ci.
Conclure : L’interaction électrique peut être répulsive ou attractive
L’électrostatisme est l’étude de l’électricité statique des corps électrisés (conducteur ou isolant)
Electrisation des isolants par frottement : les charges sont immobiles ou statiques
Electrisation des conducteurs par influence : les charges se déplacent jusqu’à atteindre un état d’équilibre.
III. Les quatre interactions fondamentales – AD1 A nous quatre !
En physique, il existe une interaction entre deux systèmes A et B lorsque A exerce une force sur B et que B
exerce une force sur A. Tous les phénomènes physiques observés peuvent être expliqués grâce à quatre
interactions fondamentales.
Prédominance des interactions
Les quatre interactions peuvent se superposer, elles se cumulent ou se compensent. Cependant, chacune de
ces interaction est prépondérante/ aux autres à une certaine échelle.
• L'interaction gravitationnelle, responsable de la pesanteur, de la marée ou encore des phénomènes
astronomiques,
• L'interaction électromagnétique, responsable de l'électricité, du magnétisme, de la lumière ou encore
des réactions chimiques et biologiques,
• L'interaction forte, responsable de la cohésion des noyaux atomiques,
• L'interaction faible, responsable de la radio-activité beta, qui permet au Soleil de briller.
La théorie qui décrit la gravitation est la relativité générale, celle qui décrit les trois autres est le modèle
standard.
Interaction
Loi ou
explication
Caractéristiques de la
force
Source de
l’interaction
Sens de
l’interaction
Portée
Echelle ou
édifice
majoritairement
concerné
Structures
FA/B ou FB/A
- sa direction parallèle à
(AB),
- son sens : de B vers A
Gravitationnelle
Loi de Newton
pour
FA/B
pour
et de A vers B
Masse
Toujours
attractive
Infinie
Echelle
astronomique
Galaxie/Système
solaire/Terre/
Homme
FB/A ,
- sa norme : appelé encore
intensité F en N
m ´m
F = FA/B = FB/A = G´ A 2 B
AB
Molécule-atome
FA/B ou FB/A
Electromagnétique
Loi de Coulomb
Nucléaire forte
Elle compense la
répulsion électrique
entre les protons et
lie les protons et les
neutrons entre eux.
Nucléaire faible
est très faible (un
million de fois plus
faible que celle de
l’interaction forte
entre deux nucléons).
- sa direction parallèle à
(AB),
- son sens dépend des
signes des charges,
- sa norme, appelé encore
intensité F en C
q ´q
F = FA/B = FB/A = k ´ A 2 B
AB
Charge
électrique
Attractive
et répulsive
Nucléons
Toujours
attractive
Nucléons
Infinie
10 -15 m
Attractive
10 -18 m
et répulsive
Echelle
atomique à
l’échelle
humaine
Echelle du noyau
atomique
Prédominante
Echelle des
nucléons
Noyau
Nucléon : proton,
neutron