fil cuivre électrisé

[clara5723]

bonjour
j'ai besoin d'aide sur un exercice :
le cuivre est l'un des meilleurs conducteurs,il est utilisé pour réaliser les liaison dans les circuits électriques. on admet qu'un électron par atome est libre de se déplacer dans le métal. On dispose d'un fil de cuivre de section s= 1,5mm² et de longueur l=20cm .
masse volumique du cuivre : p= 8.96g.cm-3
nombre de nucléons : A = 64
masse du nucléon : m= 1.67.10-27 kg
charge élémentaire :e= 1.60.10-19 C
1: calculer la masse d'un atome de cuivre
J'ai trouvé 1.1*10-27 g.

2 On électrise ce fil en lui transférant la charge q= 15nC.
a/ Comment peut-on réaliser ce transfert?
b/ Indiquer la nature des particules transferées et calculer leur nombre."

pourriez vous m'aider pour la question 2a et 2b svp ? merciiii
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[Sethy]

Je réagis à propos de la réponse 1.

Ne penses-tu pas qu'il y a un souci d'ordre de grandeur ? Compare ta réponse avec les données qui t'ont été fournies.

J'édite pour reconnaitre que je n'avais pas vu le changement d'unité au passage, mais il subsiste quand même un souci.

[Gwinver]

Bonjour.

La question 2 ressemble à une question de cours, sauf le calcul de la quantité qui est un issu des autres réponses.
Quels cours ont été donnés récemment sur ce genre de sujet: électricité, composition des atomes, etc. ...?

[un_copain]

a) Par quel moyen peut-on ajouter des charges sur un fil ?

b) Selon le signe de la charge finale, a-t-on ajouté ou retiré des électrons au fil ? En connaissant la charge élémentaire d'un électron (vérifier le signe de l'énoncé), combien faut-il en ajouter/retirer pour atteindre la charge finale du fil ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[clara5723]

J'ai fais comme calcul 64*4.67*10-27, il ne faut pas faire ca ?

[un_copain]

en gros, oui
masse totale = nombre de nucléons * masse d'un nucléon
mais du coup 64*1,67e-27 ça ne peut pas donner 1,1e-27 (et quand bien même, en multipliant des kg, tu trouveras une masse totale en kg. Si tu veux un résultat en g, il faut convertir)

[clara5723]

ok merci j'ai compris et du coup pour la ques° 2 svp ?

[un_copain]

C'est la même philosophie, mais au lieu de s'intéresser à la masse, tu t'intéresse à la charge électrique.
charge totale q = nombre de particules élémentaires * charge élémentaire

Il faut juste faire attention ici au signe (un électron c'est négatif, donc si tu ajoutes un électron sur ton fil, tu ajoutes une charge négative), et au fait qu'il est possible de retirer un électron (donc d'ajouter une charge positive, qu'on appelle un "trou", et qui a donc une charge électrique identique à celle d'un électron (la charge élémentaire), mais de signe positif).

[clara5723]

merci mais alors comment on peut réaliser ce transfert ??

[clara5723]

Il faut juste faire attention ici au signe (un électron c'est négatif, donc si tu ajoutes un électron sur ton fil, tu ajoutes une charge négative), et au fait qu'il est possible de retirer un électron (donc d'ajouter une charge positive, qu'on appelle un "trou", et qui a donc une charge électrique identique à celle d'un électron (la charge élémentaire), mais de signe positif).

pourriez vous expliquer ceci svp ? je comprens aps... Merc

[un_copain]

Si tu prends un atome de cuivre à l'équilibre, il a 35 neutrons, 29 protons et 29 électrons.

Les neutrons ne sont pas chargés électriquement
Les protons ont une charge = 1.6E-19C = e
Les électrons ont une charge = -1.6E-19C = -e

Donc si on calcule la charge totale d'un atome de Cu (on additionne les charges des 29 protons et électrons) on trouve q = 29*e + 29*(-e) = 0C
Un atome de Cu est donc neutre électriquement. Si on assemble pleins d'atomes de Cu entre eux, on peut faire un fil de cuivre, dont la charge électrique est donc égale au nombre d'atome de Cu présent, multipliés par la charge d'un atome de Cu (zéro). Donc le fil est neutre électriquement, car il contient exactement le même nombre d'électrons que de protons. On a X protons et X électrons, la charge totale q = X*e + X*(-e) = 0C.

Or, le cuivre est un métal conducteur, ce qui veut dire qu'il a des électrons libres. Ton énoncé dit bien "on admet qu'un électron par atome est libre de se déplacer dans le métal". On peut donc ajouter des électrons, ou en enlever facilement. Par exemple :

Si on ajoute un électron au fil, on a alors X protons et (X+1) électrons. Donc la charge totale q = X*e + (X+1)*(-e) = (-e)*(X+1-X) = 1*(-e) = -1.6E-19C
Si on ajoute deux électrons au fil, on a alors X protons et (X+2) électrons. Donc la charge totale q = X*e + (X+2)*(-e) = (-e)*(X+2-X) = 2*(-e) = -3.2E-19C
Si on retire un électron au fil, on a alors X protons et (X-1) électrons. Donc la charge totale q = X*e + (X-1)*(-e) = (-e)*(X-1-X) = -1*(-e) = +1.6E-19C

Dans ce dernier cas, on a physiquement enlevé un électron, cela revient à enlever une charge négative, on peut considérer qu'on a ajouté une charge positive (qu'on appelle un trou).
Tu peux remarquer dans ces calculs que les X se simplifient tout le temps, donc pas besoin de calculer le nombre total de protons et d'électrons dans ton fil (qui se compensent), on ne considère uniquement que les charges en excès, c'est à dire les électrons que l'on ajoute ou retire (que j'ai mis en rouge).