Module 1 : L’électrostatique – Appropriation

Les phénomènes découverts durant les expériences sont dus à l’électricité statique, c’est-à-dire qu’ils sont dus à des charges électriques au repos.

Origine de l’électricité statique

source : http://fr.questmachine.org/Atome

Vous le verrez durant le cours de chimie, la matière qui nous entoure est constituée d’atomes qui sont, eux-mêmes, constitués de protons, d’électrons et de neutrons. Normalement un atome a le même nombre de protons et d’électrons ce qui en fait des corps neutres. Cependant, il arrive qu’ils perdent leur neutralité, c’est-à-dire qu’ils se chargent. C’est à ce moment-là qu’il sera possible d’observer des phénomènes d’attraction et de répulsion.

Les électrons sont des particules mobiles qui « orbitent » autour du noyau d’un atome. Ils peuvent assez facilement se déplacer d’un atome à un autre et ainsi voyager à l’intérieur d’un corps ou même d’un corps à un autre.  Les protons, eux, sont liés au noyau de l’atome et ne peuvent pas se déplacer.

Lorsqu’un phénomène d’électrisation se produit, il se peut que les électrons se déplacent d’un premier corps vers un second corps. Le premier aura un déficit d’électrons, par convention, on dira que son corps est chargé positivement. Le second aura un surplus d’électrons, par convention, on dira que son corps est chargé négativement.

Des corps isolants et des corps conducteurs

Il existe différents types de corps : les isolants et les conducteurs. Dans les corps isolants, les électrons sont fortement liés aux atomes et résistent aux forces externes. Il n’y a donc que très peu de transferts d’électrons d’un atome à un autre. Dans les corps conducteurs, c’est l’inverse, les électrons ne sont pas fortement attirés par le noyau de l’atome. Il y a donc de fortes possibilités de transfert d’électrons d’un atome à un autre. Vous verrez d’ailleurs dans votre cours de chimie que les métaux, qui sont de bons conducteurs électriques, ont la particularité de mettre en commun leurs électrons.

L’électricité statique provient des corps isolants qui, en réduisant le déplacement d’électrons, peuvent accumuler une certaine quantité de charges électriques et provoquer les différents phénomènes tels que les attractions ou les répulsions.

L’électrisation des corps

Il existe trois manières d’électriser un corps ou de lui procurer une charge électrique.

L’électrisation d’un corps par frottement

L’électrisation par frottement se produit lorsqu’un corps gagne ou perd des électrons suite au frottement avec un autre corps.

electrostatique

Lorsqu’on frotte un corps contre un autre avec une force suffisante, les électrons seront arrachés de leurs atomes d’origine pour se diriger vers d’autres atomes qui ont la propriété d’attirer davantage les électrons. L’un des corps à donc perdu des électrons et acquiert une charge électrique positive, tandis que l’autre corps a perdu des électrons et acquiert une charge négative. Néanmoins, il faut garder à l’esprit que la charge électrique totale des deux corps est conservée au cours du processus.

Pour savoir quels types de corps attirent le plus les électrons, il existe des listes triboélectriques qui indiquent si les corps perdent ou gagnent des électrons selon les autres corps avec lequel ils peuvent interagir.

Dans la liste ci-dessous, les éléments situés en haut de la liste ont une plus forte tendance à attirer les électrons (donc, à gagner des charges négatives), alors que ceux situés dans le bas de la liste ont tendance à donner leur électrons, ce qui les amènera à avoir une charge résiduelle positive.

triboelectrique

L’électrisation d’un corps par contact

L’électrisation par contact se produit lorsque des charges électriques se déplacent d’un corps vers un autre après avoir été mis en contact l’un avec l’autre. Pour ce faire, il faut qu’au moins l’un des corps soit chargé négativement ou positivement dès le départ.

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L’électrisation d’un corps par induction

L’électrisation par induction  se produit lorsqu’un corps chargé électriquement est mis à proximité d’un corps neutre. Il n’y a donc pas de contact direct entre les deux corps.

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L’unité de charge électrique

L’unité du Système International (SI) de la charge électrique est le coulomb, symbolisé par C.

En 1909, Millikan mesura avec précision la grandeur de la charge électrique d’un électron : elle est de -1,602 .10-19. Cette charge est appelée charge élémentaire.

Un coulomb correspond donc à une très grande quantité de charge électrique. Au lieu d’utiliser les puissances de 10, on peut utiliser les préfixes leurs correspondants :

  • le microcoulomb : 1 μC = 10-6 C ;
  • le nanocoulomb : 1 nC = 10-9 C ;
  • le picocoulomb : 1 pC = 10-12.

Pour en savoir plus…

Un site à consulter pour comprendre l’histoire de l’électricité réalisé par le CNRS.

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