DOC. : Professeur ; Formateur

DOC : Formation Individualisée

DOC : livre  Elève .

 

DOSSIER 

Matière :ELECTROCINETIQUE

Information « TRAVAUX »

Cliquer sur  le mot !.

INFORMATIONS PEDAGOGIQUES :

NIVEAU :

Formation  Niveau V  (inclus le CAP et CFA)

OBJECTIFS :

- Savoir «  se souvenir de cette lecture »

I ) Pré requis:

Sécurité

Ÿ

II ) ENVIRONNEMENT du dossier :

Index  warmaths

Dossier précédent :

L’atome  et son organisation

Dossier suivant :

Voir : liste des objectifs cours.

Info :

 

III )  LECON       :

L ’ ELECTRICITE et  LE COURANT ELECTRIQUE

Chapitres :

i9   1-Le courant électrique défini par ses effets.

:i

i9   2- Conducteur et isolants.

:i

i9   3 - Sens du courant.

:i

i9  4 - Expériences d’électrisation .

:i

i9  5 - Expérience de ROWLAND ( 1876).

:i

i9  6 - Origine atomique de l’électricité .

:i

i9  7- Quantité d’électricité  et intensité du courant.

:i

 

IV)   INFORMATIONS  «  formation leçon » :

 

Test

 

COURS 

Travaux  auto - formation.

INTERDISCIPLINARITE

Corrigé des travaux  auto - formation.

Contrôle

évaluation

Corrigé Contrôle

Corrigé évaluation

V )   DEVOIRS  ( écrits):

 Devoir diagnostique L tests.

Ÿ

 Devoir  Auto  - formatif  ( intégré au cours)

Ÿ

  Devoir Formatif  « Contrôle : savoir » ;   ( remédiation)

Ÿ

 Devoir  Formatif  «  Evaluatio  savoir faire »  ( remédiation)

Ÿ

Devoir sommatif .

Ÿ

Devoir certificatif : ( remédiation )

Ÿ

* remédiation : ces documents peuvent être réutilisés ( tout ou partie) pour conclure une formation .

 

 

 

 

 

Leçon

Titre

N°1

L ’ ELECTRICITE et  LE COURANT ELECTRIQUE

CHAPITRES

i9   1-Le courant électrique défini par ses effets.

:i

i9   2- Conducteur et isolants.

:i

i9   3 - Sens du courant.

:i

i9  4 - Expériences d’électrisation .

:i

i9  5 - Expérience de ROWLAND ( 1876).

:i

i9  6 - Origine atomique de l’électricité .

:i

i9  7- Quantité d’électricité  et intensité du courant.

:i

 

COURS  (Introduction : lecture )

 

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 .


 

i9  

1-Le courant électrique défini par ses effets.

:i

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)

 

i9

2- Conducteur et isolants.

:i

 

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 .

 


 

i9

3 - Sens du courant.

:i

 

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 !

 

i9

4 - Expériences d’électrisation .

:i

 

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 .  

 

Electrisation par frottement . Du verre frotté attire de petits bouts de papier .

 

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 .

 

i9

5 - Expérience de ROWLAND ( 1876).

:i

 

 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 .

 

i9

6 - Origine atomique de l’électricité .

:i

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 .

 

 

i9

7- Quantité d’électricité  et intensité du courant.

:i

 

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  1,008 gramme  , ou un volume de  11,2 litres , dans les conditions  normales de température et de  pression  ( 0° C et 1atmosphère)

 

 

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 .

 

 


 

 

Leçon

Titre

TRAVAUX d ’ AUTO - FORMATION sur

L ‘ELECTRICITE CINETIQUE 

A compléter .

TRAVAUX      d ’ AUTO - FORMATION :  CONTROLE

 

Citer les trois parties de l’électricité ; qu ‘est ce qui les caractérise  ?

 

 

 

TRAVAUX N°    d ‘ AUTO - FORMATION   EVALUATION


 

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 .