CHAPITRE 8 : Cohésion de la matière

Objectifs :


- Connaître les ordres de grandeur des dimensions des différentes structures des édifices organisés.
- Connaître l’ordre de grandeur des valeurs des masses d’un nucléon et de l’électron.
- Savoir que toute charge électrique peut s’exprimer en fonction de la charge élémentaire e.
- Associer, à chaque édifice organisé, la ou les interactions fondamentales prédominantes.
- Utiliser la représentation symbolique ; définir l’isotopie et reconnaître des isotopes.

I. Les constituants de la matière

1. Les particules élémentaires

Une particule qui ne peut pas être divisée en particules plus petites est appelée particule élémentaire
L'électron est une particule élémentaire qui porte une charge électrique indivisible qe = -e, avec e la charge élémentaire, de valeur e = 1,60 .10-19C.
Les protons et les neutrons ne sont pas des particules élémentaires puisqu'ils sont eux même composés de quarks. Contrairement au neutron, le proton porte une charge électrique de valeur qp = e.

2. L'atome

Un atome de symbole X dont le noyau comporte A nucléons et Z protons est représenté symboliquement par AZX.
Des isotopes ont le même numéro atomique Z mais des nombres nucléons différents.
Remarque : La charge électrique d’un objet chargé est égal à nombre entier de fois la charge élémentaire e, dont la valeur est e = 1,6 x 10-19 C. On a donc : q = n x e

II. Des intercactions fondamentales

1. L'interaction gravitationnelle

Deux objets de masse mA et mB, dont les centres sont séparés par une distance d, exercent l’un sur l’autre une interaction attractive appelé interaction gravitationnelle.
La valeur de la force gravitationnelle est :

Avec G, constante de gravitation universelle : G = 6,67 .10-11 m3.kg-1.s-2 ; mA et mB en kilogramme (kg), d en mètre (m) et F en newton (N).

2. L'interaction électromagnétique

Deux corps immobiles A et B porteurs respectivement des charges qA et qB, dont les centres sont séparés d’une distance d, exercent l’un sur l’autre des actions mécaniques :
- attractives si qA et qB sont de signes opposés ;
- répulsives si qA et qB sont de même signe.
Ces actions sont modélisées par des forces dites électrostatiques :

Avec k la constante de Coulomb : k = 9,0 .109 N.m2.C-2 dans l'air et dans le vide ; qA et qB en coulomb (C), d en mètre (m) et f en newton (N).

III. La cohésion de la matière

1. Au niveau du noyau

La cohésion du noyau est assurée par une interaction fondamentale entre les nucléons qui est appelée interaction forte.
Au niveau du noyau, la valeur de la force qui modélise cette interaction forte est environ 1000 fois plus grande que celle de la force électrostatique.

2. Aux autres échelles

De l’atome à notre échelle, la cohésion de la matière est assurée grâce à l’interaction électromagnétique.
A l’échelle de l’Univers, la cohésion de la matière est assurée grâce à l’interaction gravitationnelle.

Fiche de Cours

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