Frottement Lorsque tu frottes deux substances l'une contre l'autre, IL y a un transfert d’électrons d’une substance à l’autre








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date de publication03.12.2016
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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 charge par contact fait appel au phénomène de la séparation des charges. En conclusion, 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.

 

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