Acti – Comprendre l`électrisation
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Cohésion de la matière Comprendre l’électrisation Approche historique Charles du Fay est né à Paris en 1698. L’histoire a retenu de lui qu’il fût le premier à comprendre grâce à ses expériences qu’on devait distinguer deux sortes d’électricité. Voici des extraits de son rapport à l’Académie des sciences 1: “ On frotte un tube de verre pour le rendre électrique, et, le tenant dans une situation bien horizontale, on laisse tomber dessus une parcelle de feuille d’or. […] Sitôt qu’elle a touché le tube, elle est repoussée en haut, à la distance de 8 ou 10 pouces et elle demeure presque immobile en cet endroit. […] Il demeure donc constant que les corps devenus électriques sont chassés par ceux qui les ont rendus électriques […] car […] lorsqu’on laisse tomber la feuille sur le tube, il attire vivement cette feuille qui n’est nullement électrique, mais dès qu’elle a touché le tube […], elle est rendue électrique elle-même, et, par conséquent, elle en est repoussée, et s’en tient toujours éloignée. […] Ce qui me déconcerta prodigieusement fut l’expérience suivante : ayant élevé en l’air une feuille d’or par le moyen du tube, j’en approchai un morceau de gomme copal 2 frotté et rendu électrique ; la feuille fut s’y attacher sur le champ. […] J’avoue que je m’attendais à un résultat tout contraire parce que, selon mon raisonnement, le copal, qui était électrique, devait repousser la feuille qui l’était aussi ; je répétai l’expérience un grand nombre de fois. […] La même chose arriva en approchant de la feuille un morceau d’ambre 3 ou de cire d’Espagne 4 frotté. Après plusieurs tentatives, qui ne me satisfaisaient nullement, j’approchai de la feuille chassée par le tube une boule de cristal de roche frottée et rendue électrique : elle repoussa cette feuille de même que le tube. Un autre tube de verre la chassa de même. Enfin, je ne pus pas douter que le verre et le cristal de roche ne fissent précisément le contraire de la gomme copal, de l’ambre et de la cire d’Espagne, en sorte que la feuille repoussée par les uns à cause de l’électricité qu’elle avait, était attirée par les autres ; cela me fit penser qu’il y avait peut-être deux genres d’électricité différents et je fus confirmé dans ces idées par les expériences suivantes. […] Voilà donc deux électricités bien démontrées et je ne puis me dispenser de leur donner des noms différents. […] J’appellerai donc l’une électricité vitrée, l’autre électricité résineuse […] parce que le verre et le copal sont les deux matières qui m’ont donné lieu de découvrir ces deux différentes électricités 5. ” a. Interpréter la première expérience menée par du Fay. b. Grâce à la contradiction entrée dans la deuxième expérience, donner les effets que peut produire l’électrisation sur différents objets. c. Qu’a alors permis d’établir la troisième expérience de du Fay. d. Comment Dufay nomme-t-il les deux types d’électricités ? Etablir un classement des différents matériaux qu’il a utilisé. e. Comment nomme-t-on aujourd’hui ces deux types d’électricité ? Mise en évidence expérimentale des intéractions électriques Exp n°1 : Pendule électrostatique Prendre la règle en verre, la frotter avec un chiffon de laine. L’approcher du pendule jusqu’au contact. Observer le mouvement du pendule avant et après contact a. Avant contact, noter vos observations et schématiser l’ensemble du système. b. Faire de même après contact. Faire de même avec la paille en plastique frottée avec de la laine et le bâton d’ébonite frotté avec la peau de chat. c. Que dire des résultats obtenus avec ces autres matériaux ? d. A quelle expérience de du Fay, cela correspond-t-il ? Quatrième mémoire sur l’électricité, De l’attraction et de la répulsion des corps électriques, 1733. Résine d’une plante exotique de la famille des légumineuses. 3 Résine fossile. 4 Cire végétale extraite d’une espèce de palmier. 5 Extraits pris dans l’Histoire de la physique, t. I, sous la direction de J. ROSMORDUC, TEC et DOC, p. 139, et dans le Bulletin de l’Union des physiciens, n° 760, janvier 1994, p. 27-60. 1 2 Exp n°2 : Tourniquet électrostatique Electriser une paille plastique avec le chiffon, repérer le coté électrisé. Poser cette paille électrisée sur le tourniquet. Approcher alors une autre paille électrisée de la même façon (avec le même chiffon). a. Quelles sont vos observations ? Laisser la paille électrisée sur le tourniquet et approcher maintenant la tige de verre, d’ébonite ou encore de PVC préalablement électrisés. b. Résumer vos résultats dans ce tableau : (A = attire et R = repousse) paille (sur le support) Objet approché paille ébonite verre PVC c. Peut-il n’exister qu’une seule sorte de charge électrique ? d. Comment est chargé, par convention, un bâton de verre frotté avec de la laine ? En déduire les règles d’interaction entre les deux types de charges électriques. e. A quelle(s) expérience(s) de du Fay, l’expérience du tourniquet correspond-t-elle ? Exp n°3 : La machine de Wimshurst Principe de fonctionnement de la machine : La machine électrostatique de Wimshurst permet de réaliser une électrisation par frottement beaucoup plus efficace que dans les expériences précédentes. Le carillon électrostatique. Un pendule est placé entre deux plaques métalliques reliées aux éclateurs de la machine de Wimshurst. Les éclateurs sont écartés de 20 à 30 cm environ. Noter vos observations et interpréter à l’aide de schémas. Exp n°4 : L’électroscope Nous disposons d’un électroscope à aiguille mobile autour d’un axe. Approcher une tige chargée de l’électroscope puis l’éloigner. a. Noter vos observations. A quel type d’électrisation assiste-t-on ? Approcher un tige chargée de l’électroscope en la mettant en contact sur le plateau. Puis l’éloigner. b. Même question que précédemment. c. Comment décharger cet électroscope ? Proposer une suite d’opérations permettant de charger l’électroscope de manière définitive sans qu’il ait été touché par la tige chargée. d. Schématiser l’expérience. Approche historique : a. C’est une expérience d’électrisation de la feuille d’or par contact sur un tube de verre électriquement chargé. b. Deux objets électrisés peuvent être repoussés ou attirés. c. Cela a permis à du Fay de distinguer deux types d’électricités. d. Electricité vitrée (verre) et résineuse (gomme copal, ambre et cire d’Espagne) e. L’électricité vitrée correspond à une charge positive et résineuse, négative. Exp n°1 : a. Electrisation par influence. Le pendule constitué d’un matériau conducteur est attiré. Un déplacement de charges électriques (électrons) s’effectue dans le conducteur. Les charges de signes contraires sont les plus rapprochées. b. Après contact, le pendule a été électrisé ou chargé comme la tige qui l’a touché. Les deux matériaux sont identiquement chargés et se repoussent. c. Les résultats sont similaires quelque soit la tige utilisée. d. Cela correspond à la première expérience de du Fay : Un objet électrisé est repoussé par celui qui l’a électrisé par contact. Objet approché Exp n°2 : a. Deux objets identiques électrisés se repoussent. b. paille (sur le support) paille R ébonite A verre A PVC A c. Il existe donc deux sortes d’électrisation ou encore de charges électriques. d. Un bâton de verre frotté avec de la laine est chargé positivement par convention. Les charges de même signe se repoussent et s’attirent si elles sont de signes opposés. e. Cela fait référence aux expériences 2 et 3 de du Fay. Exp n°3 : Charges et décharges successives du carillon Exp n°4 : a. L’aiguille de l’électroscope se déplace puis revient à l’équilibre. Celui-ci reste donc déchargé mais il a dtecté une charge par influence à l’approche de la tige. b. L’électroscope a été chargé par contact. c. L peut être déchargé en le reliant à la Terre en mettant la main sur le plateau. d. Approcher la tige frottée du plateau de l’électroscope sans toucher le plateau. (A) En maintenant la tige au voisinage du plateau, toucher celui-ci avec la main. (B) Retirer la main avant de retirer la tige. (C)
