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Chapitre 2  Électrostatique

2.1  Introduction

L'électrostatique est la partie de l'électricité qui traite des phénomènes où des charges immobiles agissent. Lorsque les charges sont en mouvement, on parle soit d'électrocinétique (voir 3) ou d'électromagnétisme (voir 4).

2.2  La loi de Coulomb

2.2.1  La charge électrique

Le modèle explicatif que la science a retenu pour expliquer lesinteractions électriques est celui de Benjamin Franklin. Celui-ci avait une théorie de la vie très particulière. Il disait que la vie est toujours faite d'évènements positifs et négatifs. Il avait remarqué que les événements positifs, comme les évènements négatifs d'ailleurs, ne se suivent généralement pas. C'est comme s'ils se repoussaient. Alors qu'après tout évènement négatif (respectivementpositif) vient inévitablement un évènement positif (respectivement négatif). Par ailleurs, mais peut-être vous y attendiez-vous, la somme des évènements positifs et négatifs sur une vie entière est globalement neutre.

Poursuivant cette théorie, Franklin distingue au sein de la matière des particules positives et négatives. Les particules de même nature (positives ou négatives) se repoussententre elles. Par contre, les particules de nature différentes s'attirent. Ainsi, une particule positive attire une particule négative. Alors que, par exemple, deux particules négatives se repoussent. Par ailleurs, une matière dans laquelle se trouve autant de particules négatives que de positives est dite neutre.

Cette théorie est à la base de la compréhension actuelle des interactions électriques.2.2.2  Le pendule électrique

Description de l'expérience

On frotte une tige en plastique (du PVC) avec une peau de chat. Puis, on approche cette tige d'une petite boule en aluminium suspendue à un fil de polyester.

Dans un premier temps, la petite boule est attirée par la tige. Puis un bref instant, elle se colle à elle. Enfin, elle est violemment repoussée.

Un autre comportementpossible est, en premier lieu, une attraction. Puis, comme précédemment, la boule touche la tige, mais ensuite, elle y reste collée.

Explications

L'attraction s'explique par une polarisation de la boule (préalablement neutre). Les charges positives et négatives, présentes en même quantité dans la boule neutre, se séparent. Si, par exemple, la tige est chargée négativement, les chargespositives de la boule sont attirées et se rapprochent de la tige alors que les négatives s'en éloignent. On dit alors que la boule est polarisée (elle contient deux pôles : positifs et négatifs). Or, même si les deux groupes de charges contiennent le même nombre de particules (donc la même charge, puisque la boule est globalement toujours neutre), ceux-ci ne sont pas attirés de la même manière par latige. En effet, l'expérience montrant une attraction, on ne peut que l'expliquer par la présence d'une force d'attraction (entre les charges négatives de la tige et les positives de la boule) plus forte que celle de répulsion (entre les charges négatives de la tige et les négatives de la boule). Comme les deux groupes de charges contiennent le même nombre de charges, donc la même charge (au signeprès), on ne peut attribuer la différence d'intensité de la force qu'à la distance entre les charges. En effet, les charges positives de la boule sont plus près des négatives de la tige que ne le sont les charges négatives. On doit aussi supposer que le signe des charges n'intervient pas dans l'intensité de la force électrique. Celui-ci ne sera responsable que du caractère attractif ou répulsif decelle-ci.

Ainsi, en approchant la tige de la boule, la polarisation induit une différence de distance entre les types de charges, ce qui produit une attraction plus forte que la répulsion. Cette attraction se produit tant qu'on approche la tige (si on retire la tige, la polarisation des charges diminue en même temps que la force d'attraction, pour s'annuler quand la polarisation cesse et que...
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