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Bonjour voici mon Dm de physique pouvez vous m’aidez


B) Un atome d'hydrogène
Données :
charge électrique élémentaire : e = 1,6 x 10°C
constante de Coulomb : k = 9,0 x 10° N.m**2.C**-2
1 Å (angström) = 1 x 10**-10m
masse d'un électron : me = 9,11 x 10**-31 kg
masse d'un proton: m = 1,67 x 10**-27 kg
On considère un système formé d'un électron e**- et d'un proton p situés à une distance d=0,53 Å l'un de l'autre.
1) Sachant que ce système est électriquement neutre, quelle est la charge électrique d'un proton ? Justifier.
2) Exprimer la force électrostatique F p/e**-
exercée par le proton sur l'électron, puis calculer sa valeur. Faire de
même pour la force électrostatique F e**-/p exercée par l'électron sur le proton. Cette interaction électrostatique
est-elle attractive ou répulsive ?
3) Montrer que l'interaction gravitationnelle entre ces deux particules est négligeable devant l'interaction
électrostatique.
4) Représenter sur un schéma les centres des deux particules et les forces électrostatiques exprimées en 2), en
indiquant les échelles utilisées pour les forces et les distances.
5) On place un noyau d'hélium (constitué de deux protons), de façon à ce que le proton, l'électron et le noyau
d'hélium soient alignés dans cet ordre, à 1,06 Å du proton. Afin que les forces exercées par le proton sur
l'électron d'une part et le noyau d'hélium sur l'électron d'autre part se compensent, faudra-t-il rapprocher ou
éloigner l'électron du proton ? Justifier brièvement (on néglige l'interaction entre le proton et le noyau
d'hélium)

Sagot :

kei2005

Réponse :

Bonjour à toi,

PRE-REQUIS :

  • e = 1,6 x 10⁻¹⁹ C

QUESTION ①)

On sait que l'atome d'hydrogène est composé d'un électron, d'un proton et d'un neutron. De plus, le neutron est une particule qui ne possède pas de charge

Si l'atome d'hydrogène est électriquement neutre, la charge du proton doit être l'opposer de celle de l'électron. Sachant que la charge de l'électron correspond à l'opposé de la charge électrique élémentaire (-e) : -1,6 x 10⁻¹⁹ C , alors la charge du proton correspond à la charge électrique élémentaire (e) : 1,6 x 10⁻¹⁹ C.

QUESTION ②)

Ici Fp/e⁻ correspond à la NORME de force électrostatique exercée par le proton sur l'électron, soit :

[tex]F_{p/e^{-} } = k.\frac{2e }{d^{2} } \\[/tex]

  • [tex]F_{p/e^{-} } = 9,0.10^{9} .\frac{2.1,602.10^{-19} }{(0,53.10^{-10})^{2} }[/tex]

Ici Fe⁻/p correspond à la NORME de force électrostatique exercée par le l'électron sur le proton, soit :

[tex]F_{e^{-}/p} = k.\frac{2e}{d^{2} } \\[/tex]

  • [tex]F_{e^{-}/p} = 9,0.10^{9} .\frac{2.1,602.10^{-19} }{(0,53.10^{-10})^{2} }[/tex]

En fait Fe-/p = Fp/e-Donc Fe-/p = Fp/e- = 1.03 x 10¹² N

QUESTION ③)

[tex]F_{g} =G.\frac{m_{p}.m_{e} }{d^{2} } \\[/tex]

[tex]F_{g} = 6,67.10^{27}.\frac{1,67.10^{-27}.9,11.10^{-31} }{(0,53.10^{-10})^2 } \\[/tex]

[tex]F_{g} = 3,6.10^{-47} N[/tex]

Or :

[tex]F_{e}/F_{g} = 2,9.10^{58}[/tex]

Donc la force électrostatique est 2,9 x 10⁵⁸ plus grande que la force gravitationnelle, cette dernière est donc négligeable par rapport à la force électrostatique

QUESTION ④)

  • Voir image

QUESTION ⑤)

La force électrostatique exercée par le proton sur l'électron est plus faible que celle exercée par le noyau d'hélium sur l'électron. Pour remédier à ce problème il faut diminuer la force électrostatique entre le noyau d'Hélium est l'électron, pour cela on va augmenter la distance qui les sépare. Ce qui revient à rapprocher l'électron du proton, et augmente donc la force électrostatique entre le proton et l'électron.

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