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Charge électrique
Une charge électrique est une quantité physique et une propriété de la matière qui lui fait subir une force lorsqu’elle est placée dans un champ électromagnétique.
Il existe deux types de charges électriques :
positif, transmis par protons
négatif, transmis par les électrons
Si la charge totale est nulle, on dit qu’elle est neutre. Les mêmes charges sont repoussées et les charges opposées sont attirées.
Les électrons d’un atome sont attirés par les protons du noyau par la force électromagnétique .
À propos de la charge électrique
Une charge électrique est une quantité physique et une propriété de la matière qui lui fait subir une force lorsqu’elle est placée dans un champ électromagnétique. Il existe deux types de charge électrique : positive, transmise par les protons, et négative, transmise par les électrons. Si la charge totale est nulle, on dit qu’elle est neutre. Les mêmes charges sont repoussées et les charges opposées sont attirées. Ces faits sont connus sous le nom de première loi de l’électrostatique et sont parfois appelés la loi des charges électriques.
Charge élémentaire
L’unité de charge la plus fondamentale est la magnitude de la charge d’un électron ou d’un proton, qui est notée e . La valeur la plus précise disponible est :
e = 1,602176487 x 10 -19 C
Un coulomb représente le négatif de la charge totale d’environ 6 x 10 18 électrons.
Nous rencontrons rarement des charges aussi importantes qu’un coulomb. Les charges produites par le frottement d’objets ordinaires (tels qu’un peigne ou une règle en plastique) sont généralement de l’ordre du microcoulomb (?C = 10-6 C) ou moins. Dans une ampoule ordinaire de 100 W, par exemple, environ 10 19 charges élémentaires entrent dans l’ampoule chaque seconde et autant en sortent.
Le proton a une charge + e et un électron -e . La charge est quantifiée ; il se présente sous la forme de multiples entiers de petites unités individuelles appelées charge élémentaire, equi est la plus petite charge pouvant exister librement (les particules appelées quarks ont des charges plus petites, des multiples de ⅓ e, mais on ne les trouve qu’en combinaison, et elles se combinent toujours pour former des particules avec une charge entière). Le proton a une composition en quarks de uud, et donc son nombre quantique de charge est :
q(uud) = 2/3 + 2/3 + (-1/3) = +1e.
Le neutron a une composition en quarks de udd, et son nombre quantique de charge est donc :
q(udd) = 2/3 + (-1/3) + (-1/3) = 0
Puisque le neutron n’a pas de charge électrique nette , il n’est pas affecté par les forces électriques, mais le neutron a une légère distribution de charge électrique en son sein. Ceci est causé par sa structure interne en quarks. Il en résulte un moment magnétique non nul (moment dipolaire) du neutron. Par conséquent, le neutron interagit également via une interaction électromagnétique, mais beaucoup plus faible que le proton.
Loi de conservation de la charge électrique
En physique, il existe deux principes très importants concernant la charge électrique.
La première est la loi de conservation de la charge électrique . Cette loi stipule que :
La somme algébrique de toutes les charges électriques dans tout système fermé est constante.
La seule façon de modifier la charge nette d’un système est d’apporter une charge d’ailleurs ou de supprimer une charge du système. La charge peut être créée et détruite, mais uniquement par paires positives-négatives.
La conservation de la charge est considérée comme une loi de conservation universelle . Aucune preuve expérimentale d’une quelconque violation de ce principe n’a jamais été observée. En physique des particules, la conservation de la charge signifie que dans les réactions de particules élémentaires qui créent des particules chargées, des nombres égaux de particules positives et négatives sont toujours créés, en gardant la quantité nette de charge inchangée . Même dans les interactions à haute énergie dans lesquelles des particules sont créées et détruites, telles que la création de paires positron-électron , la charge totale de tout système fermé est exactement constante.
Le deuxième principe important est :
L’amplitude de la charge de l’électron ou du proton est une unité naturelle de charge.
On dit que la charge est quantifiée . Autrement dit, chaque quantité observable de charge électrique est toujours un multiple entier de cette unité de base. Cette unité est appelée charge élémentaire , e , environ égale à 1,602×10 −19 coulombs (sauf pour les particules appelées quarks, qui ont des charges qui sont des multiples entiers de 1⁄3 e ).
Charge électrique des antiparticules
Théoriquement, une particule et son antiparticule (par exemple, un proton et un antiproton) ont la même masse, mais une charge électrique opposée et d’autres différences dans les nombres quantiques. Par exemple, à chaque quark correspond un type d’antiparticule. Les antiquarks ont la même masse, la même durée de vie moyenne et le même spin que leurs quarks respectifs, mais la charge électrique et les autres charges ont le signe opposé. Cela signifie qu’un proton a une charge positive alors qu’un antiproton a une charge négative et qu’ils s’attirent donc. L’antiparticule de l’électron s’appelle le positron ; il est identique à l’électron sauf qu’il porte des charges électriques et autres de signe opposé. Lorsqu’un électron entre en collision avec un positon, les deux particules peuvent être totalement annihilées, produisant des photons gamma.
Exemple : charge électrique
Il convient de noter que dans quatre litres d’eau, il y a environ 2,1 x 10 8 C de charge électronique totale. Ainsi, si nous plaçons deux bouteilles à un mètre l’une de l’autre, les électrons de l’une des bouteilles repoussent ceux de l’autre bouteille avec une force de 4,1 x 10 26 N. Cette force formidable est comparable à la force que pèserait la planète Terre si elle était pesée sur une autre Terre. Mais, comme cela a été écrit, il y a aussi des positifs (protons) et ces charges ont tendance à s’annuler.
Questions fréquemment posées
Les propriétés chimiques de l’atome sont déterminées par le nombre de protons, en fait, par le nombre et la disposition des électrons. La configuration de ces électrons suit les principes de la mécanique quantique. Le nombre d’électrons dans les couches d’électrons de chaque élément, en particulier la couche de valence la plus externe, est le principal facteur déterminant son comportement de liaison chimique.
Un atome est constitué d’un noyau chargé positivement entouré d’électrons chargés négativement, de sorte que l’atome dans son ensemble est électriquement neutre. Le noyau atomique est constitué de protons chargés positivement et de neutrons neutres.
Les électrons d’un atome sont attirés par les protons du noyau par la force électromagnétique. Cette force lie les électrons à l’intérieur d’un puits de potentiel électrostatique entourant le plus petit noyau, ce qui signifie qu’une source d’énergie externe est nécessaire pour que l’électron s’échappe.
Le coulomb (symbole : C) est l’unité de charge électrique du Système international d’unités (SI). Le coulomb était défini comme la quantité d’électricité transportée en une seconde par un courant d’un ampère : 1 C = 1 A × 1 s
