Les charges électriques

1. Les charges électriques Attraction et répulsion + + + -

2. L’électrisation d’un objet • Comment un objet neutre réagit-il en présence d’un objet chargé? • Je place plusieurs bouts de papier sur le pupitre. • Je frotte la tige de verre avec la laine. • J’approche la tige des bouts de papier. • J’observe que la tige attire les bouts. • Je recommence les étapes 2 et 3 en utilisant une tige d’ébonite.

3. ébonite laine Conclusion • Quand on frotte la tige de verre sur la laine, la tige donne des électrons à la laine. La tige devient chargée positivement. • Quand on frotte la tige d’ébonite sur la laine, la tige prend des électrons de la laine. La tige devient chargée négativement.

4. Le gain et la perte d’électrons • Les atomes de certains objets retiennent moins fortement leurs électrons périphériques que d’autres objets. • Le verre retient les électrons moins que la laine et la laine moins que l’ébonite. • Par frottement, les électrons passent du verre à la laine. Les protons du verre restent en place. Le verre, qui perd des électrons, devient chargé positivement. • Par frottement, les électrons passent de la laine à l’ébonite. L’ébonite, qui gagne des électrons, devient chargé négativement.

5. Explication • Un bout de papier est neutre. Il contient autant de charges positives que de charges négatives. • Quand on approche la tige de verre chargée positivement du bout de papier, la tige attire le bout de papier par ses charges négatives. • Quand on approche la tige d’ébonite chargée négativement du bout de papier, la tige attire le bout de papier par ses charges positives.

6. Tiges de verre frottées avec de la laine + + Deux charges de même signe se repoussent • Les deux tiges sont chargées positivement. • Une charge positive repousse une autre charge positive.

7. + - + - Répulsion Répulsion La répulsion des charges électriques • Une charge positive repousse une charge positive. • Une charge négative repousse une charge négative.

8. + - + - La répulsion des charges électriques Les charges se repoussent Répulsion Répulsion

9. + - Attraction L’attraction des charges électriques • Deux charges de signes différents s’attirent. • L’unité de la charge électrique est le coulomb, de symbole (C).

10. + - L’attraction des charges électriques • Les deux charges s’attirent. Attraction

11. La force électrique entre deux charges • Vous avez appris en chimie que : • Tout atome, qui perd des électrons, devient un ion positif. • La charge électrique d’un ion positif, ou d’un objet chargé positivement, est un multiple de la charge du proton (p+ = + 1,6 X 10-19 C). • Tout atome, qui gagne des électrons, devient un ion négatif. • La charge électrique d’un ion négatif, ou d’un objet chargé négativement, est un multiple de la charge de l’électron (e- = - 1,6 X 10-19 C).

12. q +q’ F r F La force électrique entre deux charges • Entre deux charges électriques q et q’, il existe une force électrique qu’on peut calculer avec la formule de Coulomb. • La formule de Coulomb • q et q’ sont les valeurs des charges en coulombs (C) sans signe. • r est la distance entre les deux charges en mètres (m). • F est la valeur de la force en newtons (N).

13. Exemple • Les deux ions Na+ et Cl- se lient par une liaison ionique qui est une force électrique entre deux charges de signes contraires. • Quelle est la charge électrique q de l’ion de sodium? • Quelle est la charge électrique q’ de l’ion chlorure? • Quelle est la valeur de cette force électrique? On donne : La distance entre les deux ions est 276 pm (1 pm = 1 picomètre = 10-12 m). La charge de l’électron est = -1,6 x 10-19 C.

14. Solution • L’ion sodium a 11 protons et 10 électrons. Il a un proton de plus. Sa charge q = +1,6 x 10-19 C. • L’ion chlorure a 17 protons et 18 électrons. Il a un électron de plus. Sa charge est q’ = -1,6 x 10-19 C. • La force électrique La force est F = 2,7 x 10-8 N (N = newton)

15. Problèmes • Deux charges électriques de + 2 C et -0,5 C sont séparées par une distance de 2 mm. • Calcule la force électrique qui existe entre ces deux charges. • La force est-elle attractive ou répulsive? Pourquoi?

16. Problèmes 2. Les deux ions Ca2+ et O2- se lient par une liaison ionique. La distance entre les deux ions est 240 pm. • Quelle est la charge de chaque ion si la charge de l’électron est -1,6 x 10-19 C? • Calculer la force électrique qui existe entre ces deux ions (1 pm = 10-12 m).

17. Réponses 1. La force électrique est attractive. Les deux charges sont de signes contraires. • La charge de l’ion calcium = 2 x (+1,6 x10-19) = +3,2x 10-19 C La charge de l’ion oxyde = 2 x (-1,6 x 10-19) = -3,2 x 10-19 C La force électrique F = 1,6x10-2 N.

18. Le savais-tu? • Un conducteur est une substance dans laquelle les charges peuvent se déplacer librement. Exemples : • Le cuivre, l’aluminium, le fer… • Dans ces métaux, les charges qui se déplacent sont des électrons. • Un isolant est une substance dans laquelle les charges ne peuvent pas se déplacer. Exemples : • Le verre, l’ébonite, le bois… • Ces isolants retiennent fortement leurs électrons.