Exercice

Une boule de fer a une masse de 200 g. On charge cette boule afin qu’elle porte une charge positive d’un micro-coulomb (10^-6 C).
– Décrivez ce qui se passe au niveau microscopique en termes de mouvement de charges lorsqu’on charge la boule.
– Quel principe de conservation peut-on appliquer à cette situation ?
– Calculez la fraction d’électrons perdus par cette boule lors de cette opération.

Corrigé

– Pour charger la boule positivement, il faut lui enlever des électrons. Lorsque la boule se charge positivement, elle perd donc des électrons.
– Les charges ne peuvent ni être créées ni disparaître. C’est le principe de conservation de la charge.
– Pour trouver la fraction d’électrons perdus par la boule chargée, il faut connaître le nombre n d’électrons déplacés au cours de la charge et le nombre total n_total d’électrons contenus dans la boule avant qu’elle ne soit chargée. Le rapport de ces deux nombres donne la fraction cherchée.

Nombre d’électrons déplacés :

Pour trouver le nombre d’électrons dans une masse m de fer, on cherche le nombre de moles correspondant à cette masse (masse m exprimée en gramme divisée par la masse atomique A de l’élément). Chaque mole comporte un nombre d’atomes égal au nombre d’Avogadro N et chaque atome contient autant d’électrons que de protons. Le nombre de protons est donné par le numéro atomique Z de l’élément (26 pour Fe). On obtient donc :

Nombre total d’électrons dans une masse m de l’élément Z :

La fraction d’électrons perdus vaut :