T.P. de Physique - Phénomènes d’électrisations

Attention :

Une même baguette (verre, PVC, stylo) doit toujours être frotté avec le même chiffon. Saisir toujours les baguettes par l’extrémité non frottée.

A / Phénomènes d’électrisations

1 / Électrisation par frottement

Expérience 1 :

Frotter une baguette en verre avec un chiffon en laine et approcher la baguette en verre d’un pendule (sans contact).

Qu’observe-t-on ?

Expérience 2 :

Refaire la même expérience en utilisant une baguette en PVC à la place de la baguette en verre (toujours sans contact).

Qu’observe-t-on ?

Conclure pour les deux premières expériences.

2 / Les deux sortes de charges électriques

Expérience 3 (expérience délicate) :

Poser une baguette en verre (baguette 1), préalablement frottée avec un chiffon en laine, en équilibre sur un verre de montre retourné et approcher de l’extrémité frottée de la baguette 1 (sans contact), l’extrémité d’une seconde baguette en verre (baguette 2) frottée dans les mêmes conditions.

Qu’observe-t-on ?

Expérience 4 :

Refaire l’expérience 3 en remplaçant la seconde baguette en verre par une baguette en PVC toujours sans contact).

Qu’observe-t-on ?

Proposer une interprétation pour les expériences trois et quatre.

3 / Détermination de la nature des charges électriques

Expérience 5 :

On utilise un détecteur de charges électriques pour réaliser cette expérience. Approcher puis éloigner tour à tour du détecteur de charges les extrémités frottées des deux baguettes (la baguette un en verre et la baguette en PVC) utilisées pendant les expériences trois et quatre.

Remarque :

Si la DEL s’allume sans contact avec la baguette approchée, la nature de la charge électrique est négative. Si la DEL s’allume avec le contact de la baguette puis son éloignement, la nature de la charge électrique est positive.

Qu’observe-t-on ?

En déduire une loi concernant les réactions possibles entre les deux types de charge.

4 / Interprétation microscopique

Rappeler succinctement la constitution d’un atome (particules élémentaires et charges).

Indiquer la valeur de la charge élémentaire et sa signification.

Que porte l’électron comme charge électrique ?

Rappel :

Toute charge électrique q est un multiple de la charge élémentaire, et :                q = n.e                avec n entier positif

Proposer une explication du phénomène d’électrisation lorsque l’on frotte la baguette en PVC sur le chiffon en laine (faire un schéma explicatif).

Donner la définition de l’électrisation.

Expliquer ce qui permet d’aboutir à la formation d’un corps positif ou négatif (en vous appuyant sur les deux questions précédentes).

5 / Électrisation par contact

Expérience 6 :

Frotter une baguette en PVC avec un chiffon en laine (la baguette est donc chargée négativement) et approcher la baguette en PVC d’un pendule. Le pendule est attiré par la baguette en PVC : laisser l’attraction se poursuivre jusqu’au contact entre le pendule et la baguette en PVC.

Qu’observe-t-on ensuite (après le contact) ?

Proposer alors une explication au phénomène observée.

B / Conducteurs et isolants

Expérience 7 :

Approcher une baguette en PVC, préalablement chargée en utilisant un chiffon en laine, de la règle métallique (maintenue avec une pince en bois isolante) en contact avec le pendule.

Qu’observe-t-on ?

Expérience 8 :

Refaire la même expérience en remplaçant la règle métallique par une règle en bois.

Qu’observe-t-on ?

Proposer une définition d’un conducteur et d’un isolant en vous appuyant sur les expériences sept et huit.

C / La cage de Faraday

Un élève inconscient (pléonasme) décide de sortir un jour d’orage violent. Inconscient du risque qu’il encoure, il se place au sommet d’une petite colline.

Un professeur avisé (encore un pléonasme) le sermonne et lui intime l’ordre de se réfugier dans sa voiture, lui expliquant qu’il s’agit d’une cage de Faraday lui assurant une protection parfaite contre l’orage.

La voiture est considérée comme une cage métallique permettant d’isoler une portion d’espace (l’intérieur de la voiture) contre les phénomènes électriques extérieures.

Expérience 9 : la cage de faraday

Un éclair est considéré comme un énorme réservoir de charges électriques négatives. Expliquer ce qu’il se passerait si la foudre s’abattait sur la voiture.

Expérience 10 : le coup de foudre

Que se serait-il passé si la foudre s’était abattu sur l’élève situé en haut de la colline (il faut savoir que les pointes (colline, pic, etc..) attire la foudre).

Proposer un système simple permettant d’utiliser la voiture comme un paratonnerre.