Phénomènes électriques - école Samuel

Phénomènes
électriques
Qu’est-ce que l’électricité?
C’est l’ensemble des phénomènes provoqués par des
charges positives ou négatives en déplacement.
Quelques manifestations
naturelles de phénomènes
électriques
• La transmission de l’influx nerveux dans les cellules.
• Les réactions chimiques entre les atomes.
• La contraction des fibres musculaires.
• La foudre.
Premières découvertes reliées à
l’électricité
•
•
Le philosophe grec Thalès de Milet (625 – 546 av JC)
•
•
Il parle alors « d’effet électrique ».
William Gilbert (1540 – 1603)
•
•
•
L’ambre jaune frotté avec de la laine devient capable d’attirer de
menus objets.
Découvre d’autre substances se comportant comme l’ambre jaune
(verre, résine, soufre…).
Depuis, on considère que des matériaux capables d’attirer de petits
objets après avoir été frottés sont « électrisés ».
Benjamin Franklin (1706 - 1790)
•
Il distingua 2 types d’électricité: l’électricité positive et l’électricité
négative.
La charge électrique
• C’est une propriété des protons et des
électrons. Par convention…
• Le proton porte une charge positive.
• L’électron porte une charge négative.
• Un corps neutre porte un même nombre de
protons que d’électrons.
• Un corps chargé négativement possède plus
d’électrons que de protons.
• Un corps chargé positivement possède plus
de protons que d’électrons.
Mesure de la charge électrique
• La charge électrique, symbolisée par la lettre
minuscule « q », se mesure en coulomb (lettre
majuscule C), l’unité de de charge électrique.
• La charge élémentaire est la charge portée par un
électron ou un proton et elle vaut 1,602 x 10-19 C.
• Le proton et l’électron portent la même charge, mais
de signe opposé.
• Un coulomb équivaut à la charge électrique totale de
6,25 x 1018 charges élémentaires.
Forces d’attraction et de répulsion
• Les observations du comportement des charges
électriques ont permis d’établir les faits suivants…
•
•
•
Des charges électriques de mêmes signes se repoussent.
Des charges électriques de signes opposés s’attirent.
Les charges ne peuvent ni être créées ni détruites, mais
seulement transférées d’un corps à un autre (loi de la
conservation des charges).
• La force d’attraction ou de répulsion électrique entre
les charges se nomme la « force électrique ».
Comportement des objets chargés
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/BoiteACharges.swf
L’électricité statique
L’électricité statique
• Elle constitue l’ensemble des phénomènes électriques
observables suite aux transfert de charges entre les
objets, les matériaux ou les corps.
La série électrostatique
• Cette série classe les matériaux selon leur facilité à
céder des charges électriques négatives (décroissante
de haut en bas).
• Lors du frottement, le matériau qui précède l’autre va
lui arracher un certain nombre de charges électriques
négatives.
• Le premier se charge négativement alors que le second
se charge positivement.
• Volume OBSERVATOIRE p.
Une série électrostatique
Électrisation
de la
matière
Électrisation de la matière
• Habituellement les objets sont
électriquement neutres: ils contiennent
autant de charges positives que de
charges négatives.
• On électrise la matière lorsqu’on arrive à
transférer des charges électriques
négatives d’un objet à l’autre: c’est
l’électrisation (elle consiste donc à créer
un déséquilibre des charges dans la
matière).
Électriser la matière
• Par frottement
•
•
Le frottement de 2 corps ensemble se traduit souvent par le transfert
d’électrons d’un à l’autre.
Il en résulte 2 corps chargés de signes opposés.
• Par conduction
•
•
Si un corps neutre entre en contact avec un corps électrisé, une certaine
quantité de charges électriques négatives se déplacent d’un corps à
l’autre.
Il en résulte 2 corps chargés de même signe qui se partagent
également la charge de l’objet initialement chargé.
• Par induction
•
•
•
Elle se produit lorsqu’un corps chargé s’approche d’un corps neutre,
provoquant ainsi une polarisation des charges dans le corps neutre.
Volume OBSERVATOIRE p 147-148 figures 5,17 et 5,18
http://www.cegep-ste-foy.qc.ca/freesite/index.php?id=1826
Conducteurs
et
Isolants
Conducteurs et isolants
• Selon leur comportement lors du transfert
de charges électriques, on classe la matière
en 3 catégories…
• Les conducteurs.
• Les semi-conducteurs.
• Les isolants.
Les conducteurs
• Ce sont des substances qui permettent aux charges
électriques de circuler librement.
• Les métaux et les solutions électrolytiques sont
généralement de bons conducteurs électriques.
• Les noyaux des atomes des métaux exercent une faible
attraction sur leurs électrons de valence, qui peuvent donc
circuler d’un atome à l’autre.
Les isolants
• Ce sont des substances qui ne permettent pas aux
charges électriques de circuler librement.
• À l’échelle atomique, les isolants sont des substances qui
retiennent fortement leurs électrons de valence.
• Les non-métaux, le bois, le plastique, le verre, le papier,
la céramique, la soie et l’air sec sont des isolants.
Les semi-conducteurs
• Certaines substances ont une conductibilité
électrique qui peut varier selon différents
facteurs.
• Les metalloïdes, groupe d’éléments dont le
carbone et le silicium font partie, sont des
semi-conducteurs.
Comportement des conducteurs
et des isolants
• Les conducteurs
•
•
Lorsqu’on approche un corps chargé d’un corps conducteur neutre, il
y a tout d’abord attraction en entre les 2 corps (à cause de
l’induction).
Lors du contact, il y a ensuite transfert de charges négatives entre
les 2 corps, produisant 2 corps chargés identiques, qui vont ensuite
se repousser.
• Les isolants
•
•
Lorsqu’on approche un corps chargé d’un corps isolant neutre, il y a
attraction entre 2 corps (à cause de l’induction).
Lors du contact, les 2 corps restent collés l’un sur l’autre puisqu’il n’y
a aucun transfert de charges négatives entre les 2 corps. La
polarisation des charges (par induction) dans l’isolant permet aux 2
surfaces de contact chargées de demeurées collées ensemble.
L’eau attirée par un objet frotté
Animations
• http://www.regentsprep.org/Regents/physics/phys03/ael
eclab/nerscope.htm l’électroscope
• http://www.sciculture.com/advancedpoll/GCSE/electroscope.html
• http://www.youtube.com/watch?v=-JsVZwc1dOo 4m52
video électroscope
• http://phet.colorado.edu/fr/simulation/balloons
La loi de Coulomb
STE
• Cette loi permet d’évaluer la force électrique qui agit
entre 2 charges
• Elle est fonction de l’intensité des charges et de la
distance qui les sépare
• F = (kq1q2)∕r2
•
•
•
•
•
F est la force en newtons (N)
q1 et q2 grandeurs des charges électriques en coulombs (C)
r est la distance entre les corps en mètres (m)
k est la constante de Coulomb (9,0 x 109 N•m2÷C2)
Une valeur positive de F signifie une répulsion puisque
les charges sont de mêmes signes
Le champ électrique STE
• Il s’agit d’une région de l’espace à l’intérieur de laquelle la
force électrique d’un corps chargé peut agir sur un autre corps
chargé
• Pour matérialiser un champ électrique, on utilise des lignes de
champ électrique
• Ces lignes sont orientées dans le sens de la force qui agirait
sur une particule portant une charge positive, en chacun des
points de l’espace
• Autrement dit, en un point quelconque de l’espace, une
charge positive subit une force orientée parallèlement à la
ligne de champ électrique qui passe par ce point
• Par convention, les lignes de champ électrique s’éloignent des
charges positives et s’approchent des charges négatives
• L’Intensité du champ est maximale à proximité des charges
Champ autour de 2 particules de mêmes charges
• http://www.ostralo.net/3_animations/swf/champE.swf
•
Animation champ électrique