Forces subies par un dipôle - exemple des molécules d'eau


La différence d'électronégativité entre les atomes O et H cause une polarisation des liaisons O-H de la molécule d'eau. La répartition des électrons de valence (qu'on peut décrire par la théorie VSEPR) conduit au non alignement des deux liaisons O-H et à un moment dipolaire global de la molécule d'eau.

On peut créer un champ électrostatique en frottant une règle de matière plastique sur un pull-over en fibre synthétique (le frottement casse des liaisons dans quelques molécules, séparant ainsi quelques charges électriques ; la différence des matériaux frottés suffit à en isoler une partie sur chacun des deux, l'un se chargeant positivement et l'autre négativement.

Placées dans un champ électrique ainsi créé au voisinage d'une règle en matière plastique, les molécules d'un fin filet d'eau tendent à s'orienter quasi-instantanément de façon à ce que leur moment dipolaire soit dans le même sens que le champ électrique. Cette orientation très rapide a pour effet de presque annuler le champ électrique dans l'eau (le champ extérieur est presque compensé par l'effet des dipôles), toutefois l'agitation thermique limite cette compensation en ayant tendance à rétablir une répartition aléatoire.

Dans un second temps, les ions présents dans l'eau migrent progressivement sous l'effet du champ électrique (très atténué mais non nul), la polarisation par orientation des molécules est ainsi finalement remplacée par une polarisation par accumulation de charges de part et d'autre du filet d'eau.

L'effet final est dû à l'inhomogénéité du champ électrique (plus intense à proximité des charges portées par la règle). Quel que soit le sens de la polarisation (selon le sens du champ), les charges qui sont plus proches sont celles qui sont attirées ; elles sont plus attirées que les autres, moins proches, ne sont repoussées. L'effet global est donc une attraction du filet d'eau. Ce phénomène est assez rapide pour dévier le filet d'eau lors de son passage très rapide au voisinage de la règle.

polarisation.png

Quelques précisions sur les calculs (expérience de Desaguliers)   (PDF)


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