Documents pour les élèves

En troisième, nous avons vu que l’électricité est due à un déplacement d’électrons libres.
Imaginez une chaîne de balles de tennis rectangulaire fermée par un «générateur» servant de pompe à balles de tennis. Lorsqu’une balle sort du générateur, les autres balles sont poussées, et quasi instantanément, la balle la plus proche du générateur de l’autre côté de la chaîne rentre dans le générateur. Par contre la balle sortie du générateur va mettre du temps pour parvenir de l’autre côté du générateur.

Les balles de tennis sont analogues aux électrons libres d’un circuit électrique. Dés que le générateur est mis en marche, le signal électrique arrive à l’autre borne du générateur (ce signal se déplace à grande vitesse, 273000 km/s dans le cuivre). Par contre l’électron libre qui vient d’être repoussé par le générateur a une vitesse de l’ordre du dixième de millimètre par seconde (dans le cas d’un courant continu).
S’il y a environ 90 cm de circuit électrique, l’électron libre considéré mettra deux heures et demie pour aller d’une borne à l’autre du générateur !

Analogie générale : C'est comme lorsqu'on ouvre le robinet d'un tuyau d'arrosage. Si le tuyau est plein d'eau, l'eau sort presque tout de suite à l'extrémité du tuyau, même s'il est long. Mais l'eau qui sort est celle qui était "en attente" juste avant l'extrémité du tuyau, pas celle qui sort du robinet et qui arrivera plus tard. De même, lorsque l’on ferme l’interrupteur, l’électricité arrive tout de suite de l’autre côté du circuit, mais l’électron qui a été le premier poussé n’arrivera que très longtemps après.

Qu’a montré Rutherford ?

Comme vu dans l'activité 2, Rutherford montre au début du XXème siècle :

• que l’atome possède un centre très petit chargé positivement
• que la masse de l’atome est concentrée en son centre
• que la matière est surtout faite de vide.

Rutherford a alors découvert le noyau de l’atome.

Quelle expérience a-t-il réalisé pour aboutir à ces conclusions ?

Description de l’expérience :Une feuille d’or très fine (quelques atomes d’épaisseur) est situé dans une enceinte dans laquelle on a fait le vide. Elle est bombardée de particules positives : les particules alpha (petites particules chargées positivement et émises par certaines substances radioactives comme le radium).

Un écran révélant les particules alpha est situé derrière la feuille d’or.

Observations :

• les particules alpha peuvent traverser la feuille d’or
• la majorité des particules alpha ne sont pas déviées, seule une petite partie des particules a été « réfléchie »

Rutherford se pose alors les questions suivantes :

Comment les particules alpha peuvent traverser une fine feuille d’or sans avoir d’effet notable sur la feuille ?

De même, comment un atome d’or peut-il « réfléchir » une particule alpha ?

Interprétations :

• La matière est essentiellement constituée de vide car la plupart des particules ne sont pas déviées.
• Certaines particules sont cependant déviées. Or on sait que les charges positives repoussent les particules positives, comme les particules alpha. L’atome est donc en partie constitué d’un centre chargé positivement et très petit.

Lien vers une animation décrivant l’expérience de Rutherford

             "D’où vient l’eau ? Quel traitement subit-elle ? Comment se rechargent les nappes ? À quoi servent les châteaux d’eau ? Comment mesure-t-on la qualité de l’eau ? Comment économiser l’eau ? Comment détecter une fuite ? Que deviennent les eaux usées ? Usine de traitement d’eau potable et station d’épuration, quelles différences ? Que fait-on des eaux pluviales ? "