Mécanique 1 · Tutoriel

Charge, quantification et électrisation

La mécanique à maîtriser avant de passer aux exercices.

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Thème 1 — Charge, quantification et électrisation

La matière est électriquement neutre car elle contient autant de protons ( $+e$ ) que d'électrons ( $-e$ ). Électriser un corps, c'est simplement lui faire gagner ou perdre des électrons : la charge $q$ obtenue n'est jamais quelconque, elle est toujours un multiple entier de la charge élémentaire.

À retenircharge élémentaire et quantification

La plus petite charge isolable est la charge élémentaire

e = 1.6\times 10^{-19}\ \mathrm{C}.

Toute charge d'un corps s'écrit $q = N\,e$ , avec $N \in \mathbb{Z}$ le nombre (algébrique) de charges élémentaires en excès ou en défaut. Le nombre d'électrons transférés se retrouve donc par

\boxed{\,N = \dfrac{|q|}{e}\,}.

À retenirsigne de la charge = un simple comptage

Corps positif : il a perdu des électrons ( $N_p > N_e$ ).
Corps négatif : il a gagné des électrons ( $N_e > N_p$ ).
Corps neutre : $N_p = N_e$ .

Conservation de la charge : frotter ou toucher ne crée jamais de charge, on ne fait que transférer des électrons d'un corps à l'autre.

À retenirconducteur ou isolant ?

Isolant (verre, plastique, ébonite…) : charges liées, immobiles $\Rightarrow$ s'électrise durablement par frottement, la charge reste localisée. Conducteur (métaux : cuivre, argent, or…) : charges libres $\Rightarrow$ toute charge se redistribue aussitôt et s'écoule vers la terre. Un métal nu ne se charge donc pas par frottement.

Méthodeles trois modes d'électrisation

Frottement : deux isolants échangent des électrons $\rightarrow$ charges opposées et égales.
Contact : un corps chargé touche un conducteur $\rightarrow$ les deux finissent chargés du même signe.
Influence (sans contact) : un corps chargé approché d'un conducteur neutre redistribue ses charges libres (attirées d'un côté, repoussées de l'autre) ; le conducteur reste globalement neutre mais polarisé.

Exemplecombien d'électrons pour $6.4\,\mathrm{\mu C}$ ?

Un électroscope chargé par contact porte $|q| = 6.4\,\mathrm{\mu C}$ . Nombre d'électrons échangés :

N = \frac{|q|}{e} = \frac{6.4\times 10^{-6}}{1.6\times 10^{-19}} = \frac{6{,}4}{1{,}6}\times 10^{13} = 4\times 10^{13}\ \text{électrons}.

Piègeles erreurs classiques du thème

« On crée de la charge en frottant » : faux, on transfère des électrons (conservation).
Charger un métal par frottement : impossible s'il est nu ; il faut un manche isolant.
Contact vs influence : le contact laisse les deux corps de même signe ; l'influence laisse le conducteur globalement neutre.
« Libre » $\ne$ « qui apparaît » : les électrons libres d'un métal existent déjà.

Remarquel'électroscope

L'électroscope détecte une charge : ses deux feuilles, portant des charges de même signe, se repoussent et s'écartent d'autant plus que la charge est grande. Le relier à la terre le décharge (les feuilles retombent).

Ensuite, 3 niveaux d'exercices :

FacileMoyenDifficile

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