Méthodes d’électrification par contact, frottement et induction
Dans cette leçon, nous examinerons les trois méthodes d’électrification : le contact, le frottement et l’induction. Nous introduirons la structure atomique de la matière en différenciant les conducteurs des isolants. Nous décrirons comment les corps gagnent ou perdent une charge électrique grâce à ces méthodes, en soulignant que l’induction ne nécessite pas de contact direct entre les objets impliqués.
Objectifs d’apprentissage :
À la fin de cette leçon, l’étudiant sera capable de :
- Lister les particules subatomiques ainsi que leurs charges et masses respectives.
- Expliquer pourquoi certains matériaux acquièrent une charge électrique lorsqu’ils sont frottés.
- Décrire la relation entre le phénomène observé par les Grecs (ambre chargé) et la notion moderne d’électricité.
- Distinguer les atomes neutres, cations et anions.
- Utiliser la loi des signes pour prédire le comportement entre les charges électriques.
INDEX DU CONTENU
Conducteurs et isolants
Électrification
Charge par contact
Charge par frottement
Charge par induction
Conducteurs et isolants
Les atomes qui constituent la structure interne de la matière sont composés de trois types de particules : protons, neutrons et électrons. Les protons et neutrons, qui forment le noyau atomique et sont appelés nucléons, tandis que les électrons se trouvent dans des couches externes sous forme de « nuages orbitaux ». Les nucléons sont maintenus ensemble par des forces nucléaires et, sauf dans les atomes très massifs susceptibles de se désintégrer par des processus radioactifs, ils ne sont ni perdus ni acquis facilement. En revanche, les électrons des couches les plus externes, selon la configuration électronique de l’atome, peuvent avoir une plus grande ou une moindre liberté de mouvement.
Sur cette base, nous pouvons classer les objets physiques en deux catégories opposées : les conducteurs et les isolants. Alors que les conducteurs sont des matériaux capables d’acquérir et de libérer facilement des électrons, les isolants tendent à résister à l’échange de leurs électrons.
Bien que les conducteurs et les isolants aient tous deux la capacité de perdre ou de gagner des électrons, la différence fondamentale réside dans la mobilité des électrons une fois qu’ils sont captés par les atomes du matériau. Par exemple, dans la plupart des métaux, les électrons jouissent d’une grande liberté de mouvement, ce qui permet la formation de « courants électriques ». Par contraste, dans des matériaux comme le caoutchouc, bien qu’ils puissent acquérir une charge électrique, il est difficile pour les charges de se déplacer d’un point à un autre à travers eux.
Électrification
L’électrification désigne le phénomène de gain ou de perte de charge électrique. Les processus par lesquels ce phénomène se produit sont décrits ci-dessous.
Charge par contact
La charge par contact implique d’électrifier un objet en le mettant en contact avec un autre déjà électrifié. En faisant cela, les électrons se redistribuent entre les deux objets jusqu’à ce qu’ils atteignent un équilibre de charge. Pour que ce processus ait lieu, il est essentiel que les deux objets soient conducteurs ; sinon, les charges ne se redistribueront pas librement, et l’électrification ne se produira pas.
Voici un tableau qui résume les aspects clés de la charge par contact.
| État initial des charges | Processus de contact | État final des charges | Observation | ||
| (+) | Neutre | \left. \right> | (+) | (+) | La charge positive se répartit entre les deux objets |
| (+) | (-) | \left. \right> | (+) | (+) | Les charges se neutralisent partiellement, laissant la charge dominante |
| (+) | (-) | \left. \right> | Neutre | Neutre | Les charges égales et opposées s’annulent |
| (-) | (+) | \left. \right> | (-) | (-) | Les charges se neutralisent partiellement, laissant la charge dominante |
| (-) | Neutre | \left. \right> | (-) | (-) | La charge négative se répartit entre les deux objets |
Charge par frottement
En frottant un objet contre un autre, une légère augmentation de température se produit. Cela est dû au fait que, lors du frottement, de l’énergie est transférée entre les objets. Une partie de cette énergie peut déplacer les électrons d’un objet à un autre. Lorsque cela se produit, nous disons que les objets ont acquis une charge par frottement. Contrairement à la charge par contact, dans le cas de la charge par frottement, deux objets neutres finissent par avoir des charges de même intensité mais de signe opposé.
Voici un tableau qui résume les principaux aspects de la charge par frottement.
| État initial des charges | Processus de frottement | État final des charges | Observation | ||
| Neutre | Neutre | \left. \right> | (+) | (-) | Un objet cède ses électrons à l’autre, laissant l’un chargé positivement et l’autre négativement |
Charge par induction
Parmi les méthodes d’électrification que nous avons analysées, la charge par induction se distingue comme étant la seule qui ne nécessite pas de contact direct entre les objets impliqués. Dans cette méthode, l’effet du champ électrique d’un objet chargé sur les électrons d’un objet neutre est utilisé. Pour comprendre ce mécanisme, il est essentiel de savoir que les électrons, qui possèdent une charge négative, peuvent être attirés ou repoussés en présence d’un autre objet chargé. En outre, il est crucial de comprendre que la connexion à la terre agit comme une source ou un réservoir d’électrons, selon les cas.
Induction de neutre à négatif
Induction de neutre à positif
