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Physique - électricité : TC1

Phénomènes fondamentaux de

O·pOHŃPURVPMPLTXH - électrisation :

loi de coulomb

Concepteur du cours:

Jilani Lamloumi et Monjia Ben Braiek

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I . LES DIFFERENTS MODES D'ELECTRISATION

substances frottĠes comme l'ambre attirent les corps lĠgers. de l'Ġlectrisation.

I . 1 . Electrisation par frottement

sont électrisés par frottement. Dans certains matĠriaudž, l'Ġlectrisation peut se répartir en tous leurs points, ce sont isolants. Dans tous les cas, l'Ġlectrisation reprĠsente un phĠnomğne de transfert de charges.

I . 2 . Electrisation par contact

On prend une baguette électrisée A et on la met en contact avec une autre baguette

de verre non électrisée B, nous constatons, après séparation, que cette dernière possède à

I . 3 . Electrisation par influence

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On utilise un pendule électrique, qui se

compose par edžemple, d'une petite boule de moêlle de sureau suspendue par un fil de soie

ă un support d'araldite (Fig. 1).

Quand on approche un corps électrisé, la boule est attirĠe, car elle s'est ĠlectrisĠe par influence. Ce phĠnomğne d'influence est ă l'origine de l'attraction des petits morceaudž de papier.

I . 4 . Piézoélectricité

En exerçant une compression ou une

traction sur deux faces parallèles de certains cristaux convenablement taillés, comme du quartz, il apparaît sur ces faces des charges Ce phĠnomğne d'Ġlectrisation est appelĠ piézoélectrisation.

II . LES DEUy TYPES D'ELECTRICITE

On frotte un bâton de verre avec un

morceau de drap et on met l'edžtrĠmitĠ B ĠlectrisĠe en contact aǀec la boule d'un pendule électrique. Dés que le contact se produit, il y a fil de soie boule de sureau Fig.1 Fig.2 B Fig.3

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répulsion de la boule de sureau par B (Fig. 3).

Si maintenant, on remplace la baguette de

ǀerre par un bąton d'Ġbonite frottĠ aǀec une peau de chat, il y a attraction (Fig. 4).

De ces deudž possibilitĠs (attraction ou rĠpulsion) on en aǀait dĠduit l'edžistence de

deux espğces d'ĠlectricitĠ. On les dĠsigne sous le nom de positive (+) et négative (-).

entre des charges de mêmes signes. On sait que la charge macroscopique positive d'un corps est due ă un dĠfaut d'Ġlectrons de

III . LES PROPRIETES DE LA CHARGE ELECTRIQUE

III . 1 . Conservation de la charge

bąton d'Ġbonite

électrisé

Fig.4

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modifie la répartition de ses charges électriques mais non sa valeur globale. dans ce système, alors des charges positives en quantité égales apparaissent aussi. Dans ce cas, les quantités des charges positives et négatives varient simultanément dans le

charge électrique VPour un système électriquement isolé, la charge totale est constante.V

III . 2 . Quantification de la charge

Une charge électrique quelconque vaut toujours un nombre entier de fois (positif ou

négatif) une charge élémentaire (e) correspondant à la valeur absolue de la charge de

Un atome comporte un noyau (z protons chargés (+ e ), des neutrons sans charges) et un

cortège de z électrons chargés ( - e ), ce qui satisfait à la neutralité électrique, avec :

¨e ¨= 1,6 10-19 Coulomb.

* Les électrons extérieurs de l'atome peuǀent ġtre arrachĠs (l'atome deǀient un ion positif).

Ύ Inǀersement l'atome peut deǀenir un ion nĠgatif en gagnant un Ġlectron. IV . FORCES D'INTERACTIONS ENTRE CHARGES ELECTRO- statiques - Loi de coulomb En 1785, Charles Coulomb (1736 - 1806) Ġtudiant, ă l'aide de sa balance de torsion, Considérons deux charges ponctuelles q1 et q2 (de dimensions négligeables devant la

distance qui les sépare), placées dans le vide, et au repos et séparées par une distance r. Ces

deux charges se repoussent ou s'attirent avec une force o F proportionnelle à q1 et q2 et inversement proportionnelle au carré de la distance r qui sépare les deux charges.

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Cette force est dirigée suivant la

droite (P1P2) qui les joint. Elle est répulsive si q1 et q2 sont de même signe et attractive dans le cas contraire.

Si l'on dĠsigne par

o u le vecteur unitaire de la direction (P1P2) dirigé de P1 vers P2 : o o o o

21PPr ; r

ru

La force

F12 o exercée par q1 sur q2 est traduite par la loi de Coulomb, elle s'Ġcrit ͗ o o ur qqk F2 21
12 sur q1 une force o 21F

égale et opposée à

F12 o

FF2112

o o Le coefficient k est une constante de proportionnalité dimensionnée, dont la valeur k = 9 109 (N m2 / C2).

Par rationalisation on écrit :

SI10.94

1k9 0 SH o 12F o 21F
uo q1 P1 q2 P2 r Fig.5

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où H0 est la permittivité électrique du vide ou constante diélectrique absolue du vide et a pour valeur dans le système S.I : 12

010.8537,8 H

F.m-1 En définitive, dans le système SI rationnalisé, la loi de Coulomb a pour expression : o SH o SH o rr qq 4 1 r r r qq 4 1=F3 21
0 2 21
0 12 La force est exprimée en Newtons (symbôle N), les charges q1 et q2 en Coulomb (C) et les distances en mètre (m). x si q1q2 > 0, F12 o est répulsive. x x si q1q2 < 0, F12 o est attractive.

IV . 2 . Validité de la loi de Coulomb

La loi de Coulomb est valable pour des charges au repos ou à la limite en mouvement

relatif lent. Elle est aussi ǀalable dans le ǀide. Dans d'autres milieudž linĠaires homogğnes et

q2 o 12F uo q1 r q1 r q2 o 12F uo

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caractéristiques électriques et optiques). permitivité diélectrique relative du milieu. Cette loi reste valable pour les très grandes distances et dans le domaine microscopique sur elle et la mécanique quantique que reposent toutes nos connaissances sur la structurequotesdbs_dbs6.pdfusesText_11

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