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L’électron a une charge négative . le noyau a une charge positive , comment se fait-il que l’électron ne "tombe" pas sur le noyau ?? A cause de sa vitesse ?? Merci de votre explication.

mercredi 25 juillet 2012, par Nicolas

Avant de vous répondre, je vous pose une autre question : comme vous savez, il existe une force de gravitation attractive entre une planète (ex. la Terre) et le Soleil. Pourquoi la Terre ne "tombe" pas sur le Soleil ?

Celà ressemble à votre problème...

Si cette force n’existait pas, la Terre partirait "tout droit" (principe d’inertie = un corps animé d’une vitesse initiale et qui n’est soumis à aucune force, va en ligne droite) et s’éloignerait du Soleil.

L’existence de cette force dirigée vers le Soleil courbe la trajectoire de la planète en un CERCLE. Donc elle ne tombe pas sur le Soleil

En termes scientifiques, on applique le principe fondamentale de la dynamique de Newton : la force F crée une accélération a (formule F=ma) dirigée vers le Soleil. or un corps accéléré vers un point central, ici le Soleil, décrit un cercle autour de ce centre. (pas intuitif, mais c’est portant vrai !)

(Nb : en fait, c’est une ellipse, mais celà nous entraine hors sujet)

Pour l’atome, les physisiens du début du siècle ont d’abord décrit l’atome comme un système solaire miniature : modèle dit "planétaire" de l’atome

On parle alors de force électrique attractive entre l’électron et le noyau.

si cette force n’existait pas, l’électron partirait "tout droit" et s’éloignerait du noyau.

l’existence de cette force dirigée vers le noyau courbe la trajectoire de l’électron en un cercle. donc il ne tombe pas sur ma noyau.

MAIS les physiciens se sont aperçus que ce modèle ne marchait pas. Pourquoi ?

Car il existe une petite différence entre un système planétaire et un atome : les planètes et le soleil n’ont pas de charge électrique, la seule force mise en jeu est la force gravitationnelle.

par contre l’électron porte une charge électrique. or, une particule chargée en mouvement accéléré perd de l’énergie : donc à mesure qu’il tourne, l’électron devrait se rapprocher du noyau et s’écraser dessus.

on retrouve le problème initial, mais avec une autre cause

comment s’en sortir ?

les plus grands pbysiciens de l’époque (Niels Bohr entre autres, Erwin Schrodinger, Heisenberg, Louis de Broglie) ont mis des années avant de trouver la solution : ils ont été obligés d’abandonner les outils de la physique classique (comme le principe fondamental de la dynamique, les notions de trajectoire, de force, etc.) et d’inventer une nouvelle physique appelée "physique quantique" en 1927.

ils ont en quelque sorte changé les règles du jeu : dans cette nouvelle physique, un électron possède des niveaux d’énergie bien précis, qu’il ne peut pas quitter : celà assure qu’il ne s’écrase pas sur le noyau.

par ailleurs, l’électron n’est plus décrit comme une particule localisée, qui tourne autour du noyau sur une trajectoire. l’électron est décrit par une fonction mathématique , solution d’une équation (appelée "équation de schrodinger") C’est très abstrait !

Tout ce qu’on sait de l’électron, c’est qu’il a une certaine probabilité de se trouver en un point, ou en un autre, etc... entre le noyau et l’infini (la probabilité de présence de l’électron devient nulle infiniment loin du noyau)

c’est déroutant, mais celà "marche" bienŠ depuis 74 ans la physique quantique n’a jamais été prise en défaut.

bibliographie :

lire l’étrange histoire des quantas, Banesh Hoffman

le cantique des quantiques,Sven Ortoli, Stéphane Pharabod

Mr Tomkins explore l’atome, Gamow (roman de vulgarisation sur l’atome, très drole et instructif)