Les phénomènes d'électrisation Cours

Sommaire

ILa charge électriqueIIL'électrisation par frottement (ou triboélectricité)IIIL'électrisation par influence et par contactIVRécapitulatif

 

Notion À savoir
Atome

Un atome est composé :

  • d'un noyau, qui contient les protons, porteurs d'une charge électrique positive et les neutrons, électriquement neutres ;
  • d'électrons en mouvement autour du noyau, porteurs d'une charge électrique négative et qui constituent le nuage, ou cortège, électronique.

 

Un atome étant électriquement neutre, il possède autant d'électrons que de protons.

Représentation symbolique d'un atome

Représentation symbolique d'un atome

I

La charge électrique

La notion de charge électrique a été mise en évidence durant l'Antiquité par les Grecs qui avaient constaté qu'en frottant des boutons en ambre avec de la laine ou de la fourrure, ils pouvaient attirer des objets légers et même, s'ils étaient patients, produire des étincelles. 

C'est pourquoi le mot « électricité » dérive du mot grec désignant l'ambre.

Morceau d'ambre

Morceau d'ambre

Par la suite, de nombreuses expériences ont mis en évidence les phénomènes d'attraction et de répulsion, et ainsi l'existence de charges opposées

C'est Benjamin Franklin (philosophe, physicien, historien et homme d'État américain, 1706−1790) qui utilisa le premier et de manière arbitraire les termes de charge positive (comme celle acquise par une tige de verre frottée sur de la soie) et de charge négative (comme celle acquise par une tige en ambre frottée sur de la laine).

Plus récemment, les découvertes sur la structure de l'atome ont montré que deux des particules qui le composent sont électriquement chargées et porteuses d'une charge élémentaire positive, pour les protons, ou négative, pour les électrons, de même valeur absolue e = 1,60·10–19 C.

L'atome est électriquement neutre car il contient des protons et des électrons en proportions égales.

Particule Emplacement Charge électrique
Proton Dans le noyau de l'atome +e
Neutron Nulle
Électron Dans le nuage électronique, autour de l'atome –e
II

L'électrisation par frottement (ou triboélectricité)

Les corps qui nous entourent sont électriquement neutres mais ils sont composés d'atomes dont les électrons, situés dans le nuage électronique, sont accessibles. 

C'est pourquoi il est possible de réaliser un transfert d'électrons en frottant certains corps, et ainsi de les électriser (leur conférer une charge électrique) pour une courte durée.

Lorsque l'on frotte deux corps l'un contre l'autre : 

  • celui qui arrache des électrons à l'autre corps se charge négativement car il possède maintenant un excès de charges négatives ;
  • celui qui perd des électrons se charge positivement car il possède maintenant un défaut de charges négatives.
Électrisation par frottement

Électrisation par frottement

Lorsque l'on frotte de l'ambre avec de la laine, l'ambre arrache des électrons à la laine. Alors :

  • l'ambre se charge négativement ;
  • la laine se charge positivement.

Le sens du transfert d'électrons dépend de la nature des deux corps.

Série triboélectrique

Série triboélectrique

À l'aide de ce tableau, on peut prévoir comment s'électriseront des matériaux frottés ensemble : celui qui est le plus haut des deux dans la liste sera électrisé positivement, celui en dessous sera électrisé négativement.

Il ne faut pas croire qu'un corps puisse se charger positivement en recevant des charges positives : contrairement aux électrons, les protons, porteurs de la charge élémentaire positive, ne peuvent pas être arrachés aux noyaux des atomes.

III

L'électrisation par influence et par contact

L'interaction électrostatique permet d'expliquer les phénomènes observés lorsqu'on approche une règle électrisée d'un pendule neutre.

Lors d'une électrisation par influence, on observe que le pendule, électriquement neutre, se rapproche de la règle, quelle que soit sa charge électrique.

Dans les deux cas, cette attraction s'explique par le déplacement des électrons du pendule : ils sont soit attirés soit repoussés par la règle, ce qui fait que, dans les deux cas, c'est la force d'attraction qui l'emporte sur la force de répulsion.

Électrisation par influence avec une baguette chargée positivement

Électrisation par influence avec une baguette chargée positivement

Électrisation par influence avec une baguette chargée négativement

Électrisation par influence avec une baguette chargée négativement

Lors d'une électrisation par contact, on observe qu'après le contact entre le pendule et la règle (qui peut avoir lieu après une électrisation par influence), le pendule est vivement repoussé par la règle, quelle que soit sa charge électrique. Ce phénomène s'explique par un transfert des électrons.

  • Si la règle porte une charge négative, elle transfère une partie de ses électrons en excès au pendule, qui se charge alors lui aussi négativement. 

 

Ainsi, les deux corps se repoussent car ils portent maintenant des charges électriques de même signe. 

Électrisation par contact avec une baguette chargée négativement

Électrisation par contact avec une baguette chargée négativement

  • Si la règle porte une charge positive, c'est le pendule qui lui transfère une partie de ses électrons et qui se charge alors lui aussi positivement. 

 

Là aussi, les deux corps se repoussent car ils portent des charges électriques de même signe.

Électrisation par contact avec une baguette chargée positivement

Électrisation par contact avec une baguette chargée positivement

IV

Récapitulatif

Électrisation par frottement

On électrise certains corps en les frottant ensemble :

  • celui qui arrache des électrons à l'autre corps se charge négativement ;
  • celui qui a perdu des électrons se charge positivement.
Électrisation par influence Un pendule, électriquement neutre, se rapproche d'une règle, quelle que soit sa charge électrique. En effet, ses électrons peuvent se déplacer, ce qui fait que c'est la force d'attraction qui l'emporte sur la force de répulsion.
Électrisation par contact Lorsque l'on met en contact deux corps dont l'un est chargé, les électrons se déplacent soit à partir du corps qui les porte en excès vers l'autre, soit vers le corps auquel ils font défaut.