Illustrer l'interaction électrostatique - Maxicours

Illustrer l'interaction électrostatique

Objectifs
  • Illustrer les différents types d'interaction électrostatique.
  • Comprendre le principe de l'électroscope et savoir l'utiliser.
Points clés
  • Il existe diverses expériences qui permettent d’illustrer le phénomène d’électrisation : règle électrisée, pendule électrostatique, etc.
  • Par frottement entre deux matériaux de nature différente, des électrons passent d’un matériau à l’autre, ce qui crée leur électrisation.
  • L’électrisation par influence consiste à approcher un matériau électrisé d’un autre, mais sans contact.
  • L’électrisation par contact consiste en un transfert de charges électriques (migration d’électrons) lorsqu’un matériau électrisé est en contact avec un autre qui ne l’est pas.
  • L’électroscope permet de réaliser des expériences d’électrostatiques par influence.
Pour bien comprendre
  • Force
  • Charge d’un électron
  • L’interaction électrostatique
1. Réaliser des expériences d'électrisation

Dans la matière à l’état solide, seuls les électrons ont la possibilité de se déplacer ou alors d’être transférés. Électriser un objet consiste à lui donner une charge électrique par un transfert d’électrons.

a. Expérience d'électrisation par frottement

L’action de frotter un chiffon sur une baguette permet de transférer des électrons soit du chiffon à la baguette, soit de la baguette au chiffon. La baguette se charge négativement dans le premier cas, et elle se charge positivement dans le second cas.


Électrisation par frottement d’un chiffon sur une baguette
b. Expérience d'électrisation par influence

On approche un objet chargé électriquement d’un objet qui ne porte pas de charges. Les électrons de l’objet non chargé se déplacent en fonction du signe de la charge électrique du premier objet : le second objet s’électrise alors par influence (sans contact).


Électrisation d’un objet par influence d’une baguette chargée
c. Expérience d'électrisation par contact

Lorsqu’un objet qui porte une charge électrique entre en contact avec un objet qui n’en porte pas, des électrons sont transférés entre les deux objets. Il en résulte une électrisation par contact de l’objet non chargé initialement. Les deux objets portent alors une charge de même signe et se repoussent.


Électrisation par contact d’un objet non chargé initialement
2. Utiliser l'électroscope
a. L'électroscope

Un électroscope est un dispositif composé d’une électrode en forme de plateau, relié par un conducteur métallique (électrode) à deux fines feuilles métalliques (feuilles conductrices) qui peuvent être en or ou en aluminium.

Ces feuilles sont isolées de l’extérieur en étant placées sous une cloche en verre. L’unique contact est le contact électrique avec l’électrode. Au repos, les feuilles sont verticales et proches l’une de l’autre.


Montage de l’électroscope
b. Expérience

On approche une baguette chargée positivement d’un électroscope. On observe un écartement des feuilles qui reviennent à leur position initiale si on éloigne la baguette.

Si la baguette touche l’électrode, l’écartement sera en revanche maintenu. Le retour à la position initiale se fait en mettant en contact l’électrode avec une baguette chargée négativement.


Étapes de l’expérience
c. Interprétation
  1. L'électroscope est au repos.
  2. À l’approche de la baguette chargée positivement, des électrons de la partie conductrice de l’électroscope migrent vers l’électrode. Les feuilles sont en déficit d’électrons, donc chargées positivement. Par répulsion électrostatique entre ces deux feuilles chargées positivement, les feuilles s’écartent. C’est une électrisation par influence.
  3. Au contact entre la baguette chargée positivement et l’électroscope, des électrons passent dans la baguette.
  4. Quand on retire la baguette, les feuilles restent chargées positivement, à cause des électrons perdus. Il y a eu électrisation de contact.
  5. Si on apporte des électrons par une autre baguette, ceux-ci compensent la charge positive de l’électroscope, et les feuilles reviennent dans leur état initial.
  6. L'électroscope est déchargé. 

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