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DOC : Formation Individualisée |
DOC : livre Elève . |
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DOSSIER N° Matière :ELECTROCINETIQUE |
Information « TRAVAUX » |
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OBJECTIFS : - Savoir « se souvenir de cette lecture » |
I ) Pré requis:
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II ) ENVIRONNEMENT du dossier :
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Dossier précédent : L’atome et son organisation |
Dossier suivant : |
Info : |
L
’ ELECTRICITE et LE COURANT ELECTRIQUE
Chapitres
:
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IV) INFORMATIONS
« formation leçon » :
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Travaux auto - formation. |
Corrigé des
travaux auto - formation. |
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Devoir diagnostique L tests. |
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Devoir
Formatif « Contrôle :
savoir » ; ( remédiation) |
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Devoir sommatif
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Devoir certificatif : ( remédiation ) |
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* remédiation : ces documents peuvent être réutilisés ( tout
ou partie) pour conclure une formation .
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Leçon |
Titre |
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N°1 |
CHAPITRES
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PREAMBULE :
L
’ électricité est une partie fondamentale de la physique où est étudié un grand nombre de phénomènes ,
en apparence très divers mais qui sont
tous liés à la présence ou au développement
de ce que nous appellerons des
« charges électriques » .
L’
électricité se subdivise elle - même en
plusieurs parties :
=L’électro
cinétique où sont étudiés les déplacements des charges
électriques dans les conducteurs et les effets
thermiques et chimiques qui
accompagnent ces déplacements
;
=l’ électrostatique
où
est abordée l’étude des phénomènes liés à la présence de charges électriques
immobiles , notamment celle des forces d’attraction ou de répulsion qui
s’exercent sur ces charges ;
=L ’
électromagnétisme ,
partie réservée aux effets magnétiques
des courants , aux forces de répulsion
ou d’attraction liées au mouvement des charges électriques .
L’étude de phénomènes plus complexes , faisant
intervenir simultanément les trois branches de l’ électricité citées précédemment , peut être abordée lorsque l’on
aborde le « courant alternatif » . ces phénomènes se produisent lorsque certaines grandeurs
électriques varient en fonction du temps .
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1-Le courant électrique défini par ses effets. |
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Considérons
le montage ci dessous : il comprend
-
une batterie d’accumulateur semblable à celle qui
équipe une voiture .
-
un interrupteur « K »
-
une lampe à incandescence .( L)
-
une cuve remplie d’une solution de soude , dans
laquelle plongent deux tubes à essais contenant chacun une électrode en platine reliée à un conducteur ( un tel appareil est appelé un voltamètre ) ;
-
un fil de cuivre horizontal disposé horizontalement
, parallèlement à une aiguille aimantée
« A » ;
-
Un fil de cuivre vertical. Il est mobile autour de l’extrémité par laquelle il est
suspendu et il passe entre les branches d’un aimant en fer à cheval ; son
extrémité inférieure plonge dans une cuve de mercure .
Tous
ces appareils sont disposés à la suite les
uns des autres , reliés par des
fils de connexion. Le montage ainsi
réalisé , dit « montage en série »,
est un exemple de circuit électrique .
LE
CIRCUIT EST OUVERT : IL NE SE PASSE
RIEN ! ! ! ! !
aussi longtemps que l’interrupteur est
ouvert , c’est a dire qu’il se
trouve dans la position représenté sur le schéma il ne se produit rien .**
ON OUVRE LE
CIRCUIT :
Observations :
Au
moment où nous fermons l
‘interrupteur , il se produit immédiatement
et simultanément plusieurs effets :
-
La lampe à incandescence s’allume .
-
Dans la solution de soude ( ou d
‘un mélange d ‘eau distillée et de quelques gouttes d’acide sulfurique ),
autour de chaque électrode , de petite
bulles se dégagent , s’ élevant dans le liquide et peu à peu
le gaz qu ‘ elles contiennent
rempli le tube à essais . Après quelques instants nous pouvons constater que le gaz recueilli dans un des
tubes ne brûle pas mais rallume une allumette ne présentant
qu’un point incandescent : c’est de l’oxygène . Le gaz recueilli
dans l’autre tube brûle dans
l’air en donnant de la vapeur
d’eau : c’est de l’hydrogène ; le volume d’hydrogène dégagé est exactement le double du
volume d’oxygène dégagé dans le même temps . Cela prouve qu’il s’ est produit une décomposition de l’eau conformément à l’équation chimique
suivante
-
H2 O ®
H 2 ä
+ 
O2 ä
-
L’aiguille aimantée dévie
-
le fil
suspendu entre les branches de l’aimant se déplace .
BILAN :
Lorsque
l’interrupteur est fermé ( alors le circuit
est fermé) , nous disons qu’il passe un courant électrique dans le circuit et les transformations qui se produisent sont les effets du passage de ce courant .
Nous
distinguons trois sortes d’effets :
-
les effets
magnétiques : naissance de forces
entre aimants et conducteurs parcourus par des courants.
-
Les effets
chimiques : décomposition de l’eau .
-
Les effets
thermiques : élévation de température du filament de la lampe :
il devient incandescent .
Si
non répétons l’ expérience sans la batterie d’accumulateurs il ne se
passe rien . Nous appellerons «
générateur électrique » un appareil
qui peut produire un courant ,
lorsqu ‘ on relie ses bornes aux deux
extrémités d’un circuit électrique . Un
générateur se représente symboliquement comme indiqué : (voir symbolisation)
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Si
nous coupons l ‘un des fils de connexion , nous remarquons que les effets du courant
disparaissent aussitôt : le courant
ne passe plus . Il suffit d’une très petite tranche d’air entre ces extrémités
pour obtenir ce résultat . Les effets du
courant réapparaissent dès que nous
remettons en contact les deux extrémités sectionnées .
En
parcourant le circuit , le courant traverse successivement une
suite de corps parmi lesquels : le métal dont sont faits les fils de
connexion , le filament de tungstène de la lampe incandescence , la solution de
soude et le mercure des cuves . Tous ces
corps qui laissent passer le courant
sont appelés « conducteurs » .
Nous constatons que l’air ne laisse pas
passer le courant : c’est un isolant . Cela explique le fonctionnement de
l’interrupteur qui permet d’
interrompre ou de rétablir à volonté le
courant en pratiquant une coupure dans le circuit électrique .
En
intercalant divers corps dans le circuit , nous pouvons déterminer s’ils sont conducteurs ou isolants selon
qu’ils laissent passer où non le courant . En réalité il n’a pas été trouvé d ‘isolant parfait et à cette méthode approximative de
classification , nous substituerons
des critères plus rigoureux en électronique .
Tous
les métaux et leurs alliages sont des
conducteurs , de même certaines formes
de carbone comme le graphite ou le charbon qui entrent dans la
constitution de certaines électrodes .
En revanche la plupart des métalloïdes ,
le caoutchouc , le papier , la paraffine , la plupart des matières plastiques
et des tissus sont des isolants .
Parmi les liquides , les
solutions d ‘ acides , de bases ou de sels dans l eau sont conductrices ( elles sont appelées
« électrolytes ») alors que l’eau pure , l’alcool et la plupart des
huiles sont des isolants .
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3 - Sens du courant. |
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Dans
un circuit considéré précédemment , si nous
intervertissons les connexions du circuit au générateur nous constatons que les dérivations de
l’aiguille aimantée et du fil
suspendu entre les branches de l’aimant
changent de sens . L’eau est encore
décomposée lors du passage du courant mais
les rôles des électrodes sont inversées : dans le tube où
apparaissent primitivement
l’hydrogène , maintenant se dégage de
l’oxygène , et inversement . En revanche la lampe à incandescence brille de la même façon dans les deux cas .
Pour ces raisons , un sens a été attribué au courant .Les effets magnétiques
et chimiques du courant dépendent de ce
sens , alors que l’effet thermique n’en dépend pas .
Ce
sens a été choisi arbitrairement
. Il a fallu distinguer les deux bornes du générateur.
L’une
est appelée la « borne
positive » et l’autre la
« borne négative » ; la 1ère est celle qui est directement reliées au voltamètre où se dégage
l’oxygène .Les premiers expérimentateurs admirent que
dans le circuit extérieur au
générateur le courant va de la borne
positive à la borne négative . Par
un hasard malheureux ce sens est
le contraire de celui du déplacement des électrons qui constituent le courant
électrique .comme nous allons le
voir !
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Un
bâton d’ébonite ou de verre frotté énergiquement avec une étoffe de laine
acquiert la propriété d’attirer
les corps légers : il est électrisé . Par contre une tige métallique
, et plus généralement un corps conducteur , ne peut être électrisée
que si elle est tenue par l’intermédiaire d’un isolant .
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Electrisation par frottement . Du verre frotté attire de petits bouts
de papier . |
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Un
grand nombre d ‘ expériences ont permis
de mettre en évidence deux sortes de charges électriques qualifiées arbitrairement de positives et de négatives : par
exemple , un bâton de verre frotté se
charge positivement , et un bâton
d’ébonite ,négativement. Deux corps chargés d ‘ électricité de même signe
se repoussent , tandis que deux
corps chargés d’ électricité de signe
contraire s’attirent .
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Un disque tournant circulaire « D »
, chargé électriquement est mis en
rotation rapide autour d’un axe
« A » . Comme dans tout isolant , les charges portées par
« D » sont immobiles par rapport au disque , mais elles sont
évidemment entraînées dans la rotation autour de « A » .
Au
voisinage du disque se trouve une petite
aiguille aimantée , suspendue à un fil de soie
et disposée dans une cage en
verre pour éviter qu’elle ne se déplace sous l’ action des courants d’airs dus
à la rotation du disque .
Lorsque
la vitesse de rotation est suffisamment
nous constatons que l’aiguille aimantée
pivote ; pour obtenir un déplacement appréciable , il faut un disque très fortement
chargé et des vitesses de rotation très
grandes .
Cette
expérience présente un grand intérêt de
montrer que les charges électriques en déplacement
produisent les mêmes effet
magnétiques qu’un courant
électrique . Nous sommes alors
conduit à penser que le courant
électrique est en fait un déplacement de charges électriques .
D’autre part , les expériences d ‘
électrisation ont mise en évidence la
propriété des charges électriques de se déplacer librement dans les conducteurs
et de ne pas se déplacer dans les
isolants ; cela est bien en accord avec le fait que le courant électrique traverse les conducteurs et non les isolants
.
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La
matière est composée d’atomes
formés d’un noyau autour duquel
gravitent les électrons qui sont des particules
chargées d’électricité négative . Le noyau étant chargé
d’électricité positive , l’atome est
électriquement neutre.
Lorsque
nous frottons deux corps l’un contre l’autre , il peut y avoir des échanges d’électrons :
certains sont arrachés aux atomes situés
à la surface d’un des corps et
ils se fixent à la surface de l’autre .
Le
corps ( formé d’atomes ) qui perd des électrons se charge positivement
et celui qui en reçoit se charge
négativement .( Info :les
ions ) En conclusion les deux espèces d ‘
électricité , électricité négative et électricité positive , sont simplement le résultat de la présence
ou de l’absence d’électrons.
Le
courant électrique dans un circuit correspond à un ensemble d’électrons qui ne
sont plus liés à un noyau d’atome . Ces particules appelées
« électrons libres » sont
nombreuses dans les corps conducteurs et , au contraire ,
extrêmement rares dans les isolants .
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En
série dans un circuit électrique introduisons plusieurs voltamètres
contenant des solutions de soude et
différant entre eux par leurs
formes , leurs dimensions et par la concentration de ces solutions .
Après passage du courant électrique , nous constatons que les volumes de gaz dégagés sont les mêmes pour tous les
voltamètres . Cela nous conduit à penser
que la même quantité d’électricité
traverses toutes les sections d’un
circuit , c’est à dire que les électrons en mouvement ne s ‘ accumulent nulle part .
Nous admettrons que la quantité d
’ électricité qui a traversé ce circuit
est proportionnelle à la masse d’ hydrogène qui s’est dégagé dans
un de ces voltamètres . Cela
permet de définir une unité de quantité
d’électricité . Dans le système
international , elle est appelée le « coulomb » ( symbole : C ) ; avec une quantité
d’électricité de 96 500 coulombs il se dégage une mole d’atomes d’hydrogène ,
soit une masse de
L’intensité
du courant constant est
numériquement égale à la quantité
d’électricité qui traverse le circuit dans l’ unité de temps . Dans le système international , l’unité
d’intensité est l’ampère (
Symbole : A ) . Si nous
désignons par « Q » la
quantité d’électricité qui a traversé
une section d’un circuit , par « I » l ’ intensité
du courant dans ce circuit et par « t » le temps de passage du
courant , nous pouvons écrire la relation suivante :
I
est exprimé en ampères , Q en coulombs et « t »
en secondes .
Pratiquement
, l’intensité d’ un courant n’est pas déduite de la mesure d’une quantité d ‘ électricité mais
elle est obtenue directement au moyen
d’ un appareil appelé « ampère - mètre » ; il se place en série dans le circuit et donne l’intensité
du courant par simple lecture
.
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Leçon |
Titre |
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N° |
TRAVAUX d ’ AUTO - FORMATION sur L ‘ELECTRICITE CINETIQUE |
A
compléter .
Citer les trois parties de l’électricité ; qu
‘est ce qui les caractérise ?
A compléter .
TRAVAUX N°CORRIGE
d ’ AUTO - FORMATION : CONTROLE
Citer les trois parties de l’électricité ; qu
‘est ce qui les caractérise ?
Les trois parties de l’ électricité sont :
=L’électro cinétique où sont étudiés les déplacements
des charges électriques dans les conducteurs et les effets thermiques
et chimiques qui accompagnent ces déplacements
;
=l’ électrostatique où est abordée l’étude des phénomènes liés à la présence de charges
électriques immobiles , notamment celle des forces d’attraction ou de répulsion
quoi s’exercent sur ces charges ;
=L ’ électromagnétisme , partie réservée aux effets
magnétiques des courants , aux forces de
répulsion ou d’attraction liées au mouvement des charges électriques
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