Section 8 – L'électricité8.1 La charge électrique

8.1.1 Les isolants, les conducteurs, les semi-conducteurs et les supraconducteurs

8.1.2 La charge électrique d'un objet

8.1.3 La mesure des charges

8.1 La charge électriqueRetour au modèle atomique simplifié

2 charges possibles :1) charge positive (proton)2) charge négative (électron)

Pourquoi les atomes sont-ils neutres?

Est-il possible de créer un débalancement des charges positives et négatives?

Quelles charges se déplacent lorsqu'on charge électriquement un objet?

8.1 La charge électrique

Exemple: On peut charger un ballon en le frottant sur des cheveux

Un objet est chargé électriquement lorsqu'il ne contient pas la même quantité de charges positives que de charges négatives.

Charge positive: Plus de p+ que d'e-

Charge négative: Plus d'e- que de p+

Le générateur de Van der Graaf permet l'accumulation de charges négatives dans les cheveux.

8.1 La charge électrique

Les forces électrostatiques d'attraction et de répulsion obéissent à la LOI DES CHARGES ÉLECTRIQUES.

Selon cette loi:

1 – les charges électriques de signes opposés s'attirent2 – Les charges de même signe se repoussent3 – Les objets chargés électriquement peuvent attirer certains objets neutres

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8.1.1 Les isolants électriques, les conducteurs, les semi-conducteurs et les supraconducteurs

Les matériaux sont classés parmi ces quatre catégories selon leur conductibilité électrique.

Conductibilité électrique: Propriété physique de la matière qui décrit la capacité d'une substance ou d'un matériau à laisser circuler les charges électriques.

1 – Les isolants électriques

Ce sont des substances à l'intérieur desquelles les charges électriques ne peuvent pas se déplacer.

Les isolants électriques peuvent être chargés localement par frottement.

Exemples: Plastique, caoutchouc, céramique, verre, coton, papier

2 – Les conducteurs électriques

Ce sont des substances dans lesquelles les électrons peuvent se déplacer aisément. On les utilise dans la fabrication de fils électriques.

Exemples: métaux (Cu, Fe, Al, etc.), solutions électrolytiques (qui contiennent des ions)

3 – Les semi-conducteurs

Ce sont des substances dans lesquelles les électrons se déplacent difficilement. Ils sont utilisés dans la fabrication de composantes électroniques (diodes, transistors, circuits intégrés, etc.).

Exemples: Silicium, Germanium, Carbone, Oxyde de zinc (métalloïdes)

4 – Les supraconducteurs

Ce sont des substances qui conduisent l'électricité sans presque aucune contrainte, lorsque refroidis à de très basses températures (inférieures à -100ºC généralement). Les supraconducteurs sont utilisés pour transporter efficacement l'électricité ou pour fabriquer des aimants (trains à sustentation magnétique).

Exemples: Niobium à -275ºC, Plomb à -266ºC, Aluminium à -272ºC, Étain à -269ºC

8.1.2 La charge électrique d'un objet

Il y a trois façons de charger un objet électriquement:

1 – Par frottement2 – Par contact3 – Par induction

Peu importe la manière dont l'objet est chargé, ce sont TOUJOURS les électrons qui se déplacent. Les protons restent confinés dans le noyau atomique et ne se déplacent pas.

Le principe de la loi de la conservation de la charge est respecté: le nombre d'électrons gagnés par un objet est égal au nombre d'électrons perdus par l'autre objet.

8.1.2 La charge électrique d'un objet

1 - La charge par frottement

Lorsque deux objets sont frottés l'un contre l'autre, l'objet le plus susceptible d'acquérir des électrons les arrache à l'autre. Cet objet devient alors chargé négativement (surplus d'électrons) et l'autre devient chargé positivement (déficit d'électrons).

Par exemple, quand on frotte de la laine et du plastique, le plastique arrache les électrons de la laine et devient chargé négativement. La laine, quant à elle, devient chargée positivement.

Pourquoi la laine ne devient-elle pas chargée négativement?

8.1.2 La charge électrique d'un objet

Les matériaux n'ont pas tous la même capacité à attirer les électrons.

Comme la laine a davantage tendance à donner ses électrons que l'ébonite (plastique), elle cèdera ses électrons au plastique lorsqu'on les frotte ensemble. En perdant ses électrons, la laine deviendra alors positive et le plastique, en gagnant des électrons, deviendra chargé négativement.

8.1.2 La charge électrique d'un objet

2 – La charge par contact

Lorsqu'on met en contact un objet chargé avec un objet conducteur neutre, une partie de la charge est transférée du premier objet au second. L'électroscope permet de rendre compte facilement de ce phénomène.

8.1.2 La charge électrique d'un objet

3 – La charge par induction

Comme les charges électriques agissent à distance, il est possible de charger un objet neutre et conducteur sans qu'il y ait contact avec un autre objet. Pour cela, il suffit d'approcher un objet déjà chargé électriquement.

8.1.3 La mesure des charges

Si on veut connaître la valeur de la charge électrique d'un objet, il faut compter le nombre d'électrons en surplus ou en déficit. Puisqu'il nous est impossible de compter un à un les électrons, on les regroupe et on les compte plutôt sous forme de Coulombs (C).

Selon le système international d'unités de mesure (SI):

1 C = 6,25 x 1018 électrons (ou protons)

Exercices

Document du chapitre 8 p.4

Tu peux te référer aux p.174 à 179 du manuel

Le corrigé des exercices sera disponible sur le blog du cours à l'adresse suivante:

http://stbrebeuf.wordpress.com

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à m'écrire sur le blog !!!