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TP Physique N° 01 |
Phénomène d'électrisation. Correction. |
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But : Introduire les notions de charges électriques et d’interaction électrostatique.
1)- Mise en évidence.
- Citer des exemples de la vie courante qui illustrent le phénomène d’électrisation.
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- Les phénomènes d’électrisation
sont fréquents dans la vie de tous les jours : - Quand on enlève un pull en matière synthétique, les cheveux s’électrisent. - Lorsque l’on se
coiffe par temps sec, les cheveux s’électrisent. - Lorsque l’on approche la main
d’un écran cathodique, on ressent des picotements. - L’électrisation des nuages
conduit à la formation des éclairs. |
a)- Expérience 1.
Frotter une règle plastique sur de la laine. L’approcher de
petits morceaux de papier posés sur la table.
Observer, puis faire
un schéma de l’expérience.
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- La règle frottée attire des
petits morceaux de papier.
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b)- Expérience 2.
Faire couler un mince filet d’eau et en approcher doucement la
règle frottée.
Observer, puis faire un schéma de l’expérience.
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- La règle frottée dévie un
mince filet d’eau.
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c)- Conclusion : Que peut-on dire de la règle frottée ? Quelle est la propriété d’un tel corps ?
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- Au cours de ces expériences, on a mis en évidence un phénomène d’interaction à distance entre deux corps. - Certains objets peuvent être électrisés par frottement. - Ils attirent alors à distance certains objets légers. - Les objets doivent être légers pour que le phénomène soit observable. - Un corps électrisé est un corps qui porte des charges électriques. |
2)- Les deux types d’électricité.
On frotte une tige de verre avec du coton, on l’approche d’un
pendule puis on le met en contact avec celui-ci.
- Observer.
- On approche ensuite du pendule précédent une tige de PVC frottée sur de la laine. Observer.
Faire un schéma détaillant les différentes étapes.
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- Quand on approche la règle frottée avec de la laine du pendule, le pendule est attiré par la règle. - Il y dans un premier temps, attraction, puis contact et enfin répulsion. |
- Comparer la charge portée par le pendule après contact avec celle de la tige de verre.
- La comparer ensuite à celle portée par la tige de PVC. Conclure.
3)- Interprétation microscopique de l’électrisation.
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- Si l’expérience ne
fonctionne pas avec le plexiglas et le verre, on peut utiliser la
machine de Wimshurst. - Lorsque l’on frotte la règle avec un chiffon de laine, il y a électrisation de la règle par frottement. - On approche la règle frottée du pendule. - Le pendule subit l’influence de la règle, corps électrisé. -
Après contact entre le pendule et la règle, il y
a répulsion entre le pendule et la règle. - Le pendule s’est électrisé par contact. - Il porte le
même type de charges électriques que la règle. - Des corps électrisés peuvent s’attirer ou se repousser. - On peut en déduire qu’il existe deux types d’électricité. - Aux deux types d’électricité correspondent deux
types de charges électriques : - Les charges positives et les charges négatives. - Deux corps qui portent des charges électriques de mêmes
signes se repoussent. - Deux corps qui portent des charges électriques de
signes contraires s’attirent. |
a)- Par frottement.
- Quelles sont les particules élémentaires dont est constituée la matière ?
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- La matière est constituée à partir d’atomes. - Les atomes sont électriquement neutres. - L’atome est constitué d’un noyau positif entouré d’un nuage électronique. - Le nuage électronique est constitué d’électrons chargés négativement. - Le noyau est constitué de protons chargés positivement
et de neutrons électriquement neutres. - Au niveau du lycée, les particules élémentaires sont :
les protons, les neutrons et les électrons. - Les phénomènes d’électrisation s’expliquent à
partir des particules élémentaires. - Par
frottement, ce sont les électrons périphériques qui sont arrachés aux atomes. |
- Lors de l’électrisation par frottement, certaines de ces particules sont arrachées. Lesquelles ? Pourquoi ?
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- L’électrisation par frottement résulte d’un transfert d’électrons d’un corps vers un autre. - Par frottement, on agit sur la surface de la matière. - On n’agit pas au niveau du
noyau. |
- Comment se charge alors le corps qui a perdu ces particules ?
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- Le corps qui perd des électrons présente un défaut d’électrons. -
Globalement, il est chargé
positivement. - Le corps qui gagne des électrons présente un excès d’électrons. -
Globalement, il est chargé négativement. |
- Conclure.
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- L’électrisation par
frottement résulte d’un transfert d’électrons d’un corps vers
un autre. - Un corps chargé positivement possède un défaut d’électrons. - Un corps chargé négativement possède un excès d’électrons. |
b)- Par influence.
- Expliquer ce qui se passe pour le pendule microscopiquement quand on approche la tige de verre frottée avec du coton.
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- Lorsque l’on approche la règle frottée du pendule, -
la règle est électrisée par frottement
alors que le pendule est électriquement neutre. - Avant contact, le pendule est électrisé par influence.
- On considère que la règle frottée est chargée
positivement (elle présente un défaut d’électrons). - Le pendule est neutre avant contact, mais il est attiré. - Les électrons des atomes qui constituent le pendule sont attirés. - Des charges de signes contraires s’attirent. -
Ils sont sous
l’influence des charges positives de la règle. - Il se crée une dissymétrie dans la répartition des électrons permettant une attraction. - Globalement, le pendule reste neutre. - La zone en regard de la règle présente un excès d’électrons -
alors
que la zone la plus éloignée de la règle présente un défaut d’électrons. - L’électrisation par influence résulte de la dissymétrie de la répartition des électrons -
dans un corps lorsqu’il subit
l’influence d’un corps chargé. - Si on éloigne le corps chargé, la dissymétrie disparaît.
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c)- Par contact.
- Expliquer ce qu’il se passe microscopiquement entre le pendule et la tige de verre frottée quand ils rentrent en contact.
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- Lors du contact entre le pendule électriquement neutre et la règle frottée chargée positivement, le pendule s’électrise. - Le pendule est repoussé, il porte une charge électrique de même signe que la règle frottée. - Des électrons du pendule passent sur la tige. Le pendule se charge alors positivement, il présente un défaut d’électrons. |
4)- Conducteurs et isolants.
a)- La machine de Wimshurst.
- Voir le Document 1.
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- La machine de Wimshurst est
constituée de deux plateaux de plexiglas portant chacune le même nombre pair de bandes conductrices. - On peut faire tourner les plateaux grâce à une manivelle et à un système de poulies et de courroies. - Les deux
plateaux tournent en sens contraires car une courroie est croisée. - Des balais métalliques frottent sur les plateaux lors de leur rotation. - Les plateaux s’électrisent. - Des peignent métalliques, reliés à deux conducteurs recueillent les charges électriques. - Les deux conducteurs
communiquent avec deux boules et deux condensateurs (bouteilles de
Leyde). - Lorsque l’on actionne la manivelle, les plateaux tournent. - Une boule s’appauvrit en électrons et se charge
positivement et l’autre boule présente un excès d’électrons et
se charge négativement. - On peut utiliser cette machine pour charger des corps
par contact. |
Relier une boule de la machine à une extrémité d’une règle métallique
posée sur un morceau de polystyrène.
- Placer le pendule à l’autre extrémité de la règle. Observer ce qu’il se produit lorsque la machine fonctionne.
Recommencer l’expérience en remplaçant la règle métallique
par une règle en plexiglas.
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- La boule de la machine électrise la règle en métal par contact. - La règle de métal électrise à son tour par contact le pendule. - Il y a un transfert d’électrons de la boule au pendule à
travers la règle métallique. - Si on remplace la règle métallique par une règle de plexiglas ou de PVC, - le transfert d’électrons ne s’effectue pas. - On dit que le métal qui constitue la règle métallique
est un conducteur et le plastique un isolant. - Dans un métal certains électrons peuvent circuler :
on les appelle les électrons libres. - Le plastique ne possède pas d’électrons libres, tous
les électrons sont liés. |
Donner la définition d’un conducteur électrique et celle
d’un isolant électrique.
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- Un conducteur électrique laisse facilement circuler des
charges électriques. - Un isolant ne laisse pas circuler les charges électriques. |
Citer des matériaux conducteurs d’électricité et des matériaux
isolants.
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- Les métaux, le carbone (graphite), les solutions ioniques : -
solution aqueuse de chlorure de sodium, solution
aqueuse de sulfate de cuivre II,… |
b)- Porteurs de charges : Ce sont des entités dont la taille est microscopique et qui peuvent se déplacer dans les conducteurs.
- Quels sont les porteurs de charges qui assurent la conduction dans les métaux ? Dans les solutions ?
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- Les métaux sont de bons conducteurs électriques. - Ils possèdent des électrons libres. - Dans les métaux, les porteurs de charges sont les électrons. - Dans les solutions électrolytiques, les porteurs de charges sont les ions : - les anions et les cations. |
Déterminer et réaliser une expérience permettant de mettre en
évidence les porteurs de charges dans les solutions.
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- Passage du courant électrique dans une solution :
- Dans un tube en U, - verser 20 mL d’une solution de sulfate de cuivre II de concentration C = 1.0 mol / L -
et 80 mL d’une solution de permanganate de potassium de
concentration
C = 0,0010 mol /
L (en mélanger dans un bécher). - Relier avec des électrodes en graphite à un générateur
U
≈ 20 V environ et
I
≈ - Faire circuler le courant pendant ¼ heure environ. -
On
obtient une coloration violette à une électrode et une coloration
bleue à l’autre électrode. |
c)- Utilisation d’un électroscope.
- Présentation d’un électroscope.
Répondre aux questions concernant cet appareil en utilisant
le
Document
2.
Additif du TP N° 01
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La machine de Wimshurst |
Faire apparaître un arc électrique entre les deux sphères de la machine de Wimshurst. Que
se passe-t-il au moment où jaillit l’arc électrique ? |
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Un électroscope
est formé d’une lame mince fixée à la tige verticale solidaire du
plateau. Cet ensemble est
métallique. Approcher du plateau la baguette d’ébonite frottée, puis la retirer. |
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a. Quelle propriété du plateau métallique met-on ici en évidence ?
Établir
le contact entre le plateau et la baguette et la retirer. b. Que se passe-t-il lors du contact entre le plateau et la baguette ? Approcher la baguette frottée très près du plateau.
Toucher le plateau avec un
doigt puis retirer, dans l’ordre, le doigt puis la baguette. c. Quel phénomène a lieu au moment du contact entre le doigt de l’opérateur et le plateau ? d. Quelle propriété du corps humain met-on ici en évidence ? e. Comparer les états électriques du plateau de l’électroscope après les deux premières expériences. |
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Matériel : Élève : pendule électrostatique, tige de verre, règle, tige d’ébonite, tige en PVC, chiffon de laine, chiffon de coton, peau de chat ?
Prof : électroscope, machine de Wimshurst,
Dans un tube en U,
Électrodes de graphite Solution de sulfate de cuivre II de concentration C = 1 mol / L, Solution de permanganate de potassium de concentration C = 0,001 mol / L, Générateur continu réglable 30 V avec ampèremètre et voltmètre. |
