Physique 3ième (LARJE) Electricité 1 1 Le circuit électrique a.) Les éléments d’un circuit électrique Cf. PHYSIQUE/CHIMIE p.418 Le schéma de montage de ce circuit très simple montre les 3 éléments essentiels de tout circuit électrique: (1) Générateur qui produit l'énergie électrique à partir d'une autre forme d'énergie. ex. pile, boîte d'alimentation (Netzgerät) (2) Consommateur qui transforme l'énergie électrique en une autre forme d'énergie utile. ex. Lampe, moteur, chauffage, ... (3) Fils électriques qui permettent aux charges électriques de circuler. (ex. fils de cuivre, ...) - + Circuits, schémas et symboles électriques cf. PHYSIQUE/CHIMIE p.817 b.) Les interrupteurs Un interrupteur sert à ouvrir et fermer le circuit à volonté. On distingue : interrupteur (à bascule) qui reste dans la position choisie (Wippschalter) interrupteur poussoir qui revient à la position initiale (Taster) interrupteur va-et-vient qui permet de changer entre 2 portions de circuit.(Wechselschalter) Physique 3ième (LARJE) Electricité 2 c.) Montage en série et en parallèle Exemple : Interrupteurs en parallèle S1 S1 S2 S1 ouvert ouvert fermé fermé Interrupteurs en serie S2 ouvert fermé ouvert fermé lampe éteinte allumée allumée allumée S1 ouvert ouvert fermé Fermé S2 S2 ouvert fermé ouvert fermé lampe éteinte éteinte éteinte allumée Exercices : Quelques exemples de circuits. (Voir cahier) 2 Le courant électrique dans les métaux Cf. PHYSIQUE/CHIMIE p. 416- 418 Dans un conducteur, des porteurs de charges peuvent migrer à travers le corps: p.ex. électrons libres dans un métal, anions et cations dans une solution d'électrolyte. Dans un isolant, les charges déposées ne peuvent pratiquement pas se déplacer. 2.1 Les effets du courant électrique a.) L’effet lumineux Lumière par incandescence. Si on échauffe un fil très intensément, il devient incandescent. La couleur de la lumière émise par le fil est caractéristique de sa température: rouge 600oC blanc >1500oC. Lumière par électroluminescence. Si un gaz est traversé par un courant électrique les atomes du gaz sont excités et émettent de la lumière. La couleur de lumière émise est caractéristique de la nature du gaz. Physique 3ième (LARJE) Electricité 3 b.) L’effet magnétique Une bobine traversée par un courant électrique agit comme un aimant. L'effet magnétique est d'autant plus important que le courant est intense. Le fer est aimanté par l'effet magnétique du courant. Il en résulte une amplification du champ magnétique avec des forces d'attraction élevées. Les aimants élémentaires du noyau de fer s’alignent dans la direction du champ magnétique appliqué amplification de l’effet magnétique c.) L’effet chimique La conduction du courant dans un électrolyte (=liquide qui contient des ions mobiles p.ex. solutions d'acides, bases, sels) est assurée par une migration des ions. Expérience: Electrodéposition du cuivre. 3 La charge électrique a.) Electrisation par frottement Par frottement on peut donner d'étranges propriétés à un corps. On dit que le corps est électrisé ou chargé d'électricité statique. Expérience : électroluminescence d'une lampe à lueur remplie de néon Expérience : attraction d'objets légers b.) Deux types de charges électriques Expérience: Frottement verre contre soie et plastique contre peau de chat. verre-verre et plastique-plastique REPULSION verre-plastique ATTRACTION Le verre est électrisé d'une autre manière que le plastique. cf. PHYSIQUE/CHIMIE p. 402-403 Physique 3ième (LARJE) Electricité 4 Puisqu'on peut avoir soit attraction, soit répulsion entre des corps chargés, on admet qu'il existe deux types de charges: les charges positives (ce sont celles du verre frotté par la soie) et les charges négatives (ce sont celles du plastique frotté par la peau de chat) Loi: 2 charges de même signe se repoussent 2 charges de signe opposé s'attirent La lampe à lueur permet de déterminer le signe d'un corps chargé (elle brille du côté négatif). L'électroscope permet de visualiser la quantité de charge. L'unité S:I: pour la charge électrique Q est le Coulomb C. Démonstrations et discussions: Générateur électrostatique van de Graaff : cheveux c.) Modèle de la matière cf. PHYSIQUE/CHIMIE p. 403 Toute matière est formée d'atomes. Chaque atome contient un certain nombre de particules chargées. Noyau positif: N neutrons (charge: qn= 0 C ; masse mn=1,67·10-27 kg) Z protons (charge: qp=1,6·10-19C; masse mp=1,67·10-27kg) Nuage électronique négatif:: Z électrons (charge: qe=-1,6·10-19C; masse me=9,1·10-31kg) Dans les solides, les porteurs de charges positives (les noyaux) sont immobiles et seul les porteurs de charges négatives (les électrons) peuvent être déplacés. Par frottement on charge toujours les deux corps en contact: p.ex. le plastique devient négatif tandis que la peau de chat se charge positivement. Au niveau atomique on constate qu'il y a un transfert d'électrons. + frottement + - Un corps est neutre, si les charges positives et négatives sont en même nombre; négatif, si des électrons sont en excès; positif, si des électrons manquent. Il n'y a jamais création de charges nouvelles, mais uniquement séparation de charges. cf. PHYSIQUE/CHIMIE : Interprétation de l’électrisation p. 404