Chapitres
I/ Interactions fondamentales:
A) Particules élémentaires
Définition:
On appelle particule élémentaire toute particule indivisible (cette notion est évidemment liée à l'état des connaissances actuelles).
|
Caractéristiques des particules élémentaires dans l'atome | |||
Proton | mp = 1,67.10-27kg | q = +e | r = 1,2.10-15m |
Neutron | mn = 1,67.10-27kg | q = 0 | r = 1,2.10-15m |
Électron | me = 9,11.10-31kg | q = -e |
Remarque: Le rayon du noyau est de l'ordre de 1fm (10-15m) alors que le rayon de l'atome est de l'ordre de 10-10m. La plus grande partie d'un atome est constituée de vide. L'atome a une structure lacunaire (voir cours de seconde).
B) Les interactions fondamentales
La cohésion de la matière est due aux interactions entre les particules élémentaires:
- L'interaction gravitationnelle (Newton 1867) entre les masses.
- L'interaction électrique (Coulomb 1785) entre les charges.
- L'interaction forte (1970) entre les nucléons.
II/ Cohésion de la matière
A) A l'échelle du noyau atomique
Rappel: Interaction gravitationnelle: (voir cours de seconde).Deux corps A et B de masses respectives mA et mB séparés d'une distance d exercent l'un sur l'autre des forces opposées A/B et B/A telles que:
| avec G = 6,67.10-11 N.m2.kg-2 |
Soit un noyau d'hélium (2 protons, 2 neutrons). Déterminons la valeur des interactions gravitationnelles et électriques qui existent entre les différentes particules de ce noyau:
Interaction gravitationnelle:
| => |
| ||||||||||
=> | Fp/p = 3,23.10-35N |
Interaction électrique:
| => |
| ||||||||||
=> | Fp/p = 10N |
La force de répulsion électrique est très supérieure à la force d'attraction gravitationnelle. La cohésion des noyaux ne peut être due aux deux forces précédentes (les noyaux se disloqueraient).
La cohésion des noyaux est donc due à l'interaction forte.
Définition: L'interaction forte est une interaction attractive importante qui s'exerce sur les nucléons. Elle assure la cohésion des noyaux.
Remarque: Contrairement à l'interaction gravitationnelle et à l'interaction électrique, l'interaction forte augmente avec la distance. Cependant, c'est une action à courte portée.
B) A l'échelle atomique
Soit un atome d'hydrogène .
Déterminons la valeur des interactions gravitationnelles et électriques qui existent entre le noyau et l'électron de cet atome.
Interaction gravitationnelle:
| => |
| ||||||||||
=> | Fp/e = 3,61.10-47N |
Interaction électrique:
| => |
| ||||||||||
=> | Fp/p = 8,20.10-8N |
La force d'attraction électrique est très supérieure à la force d'attraction gravitationnelle. L'interaction électrique assure la cohésion de la matière à l'échelle atomique.
C) A l'échelle moléculaire et à notre échelle
Un calcul identique au niveau de la molécule donne le même résultat. Les propriétés des solides, des liquides et des gaz en découlent. La cohésion de la matière à l'échelle moléculaire est assurée par l'interaction électrique.
D) A l'échelle astronomique
A l'échelle de l'Univers, la matière est électriquement neutre. Seule l'interaction gravitationnelle assure la cohésion de la matière à l'échelle de l'Univers. Elle est responsable du mouvement des astres, de la formation des étoiles, des planètes et des galaxies.
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