T. P. Physique n° 11 : Interactions électriques








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date de publication19.04.2017
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T.P. PHYSIQUE n° 11 : Interactions électriques


  1. Découverte du phénomène d'électrisation de la matière:



L’électricité tire son nom du mot «électron» par lequel les Grecs désignaient l’ambre jaune. Cette résine fossile leur avait été apportée des rivages de la Baltique par les marchands phéniciens et était devenue l’un des éléments essentiels de la parure des femmes grecques.

Les artisans qui travaillaient ce minéral ne pouvaient manquer de remarquer qu’il acquérait la propriété d’attirer à distance des poussières, brindilles, duvets, après qu’on l’ait frotté contre un tissu ou une fourrure.
Plus près de nous, l’anglais William Gilbert (1540-1603) reconnaît dans d’autres matières la même propriété : la cire d’Espagne (cire végétale extraite du palmier), le soufre, la résine, le verre...
Le français Charles-François Dufay (1698-1739) fût le premier à comprendre, grâce à ses expériences, qu’on devait distinguer deux sortes d’électricité. Voici quelques extraits de son rapport à l’Académie des sciences :
« On frotte un tube de verre pour le rendre électrique, et, le tenant dans une situation bien horizontale, on laisse tomber dessus une parcelle de feuille d’or. Sitôt qu’elle a touché le tube elle est repoussée en haut, à la distance de 8 ou 10 pouces et elle demeure presque immobile en cet endroit.

Il demeure donc constant que les corps devenus électriques sont chassés par ceux qui les ont rendus électriques.
Ce qui me déconcerta prodigieusement fut l’expérience suivante : ayant élevé en l’air une feuille d’or par le moyen du tube, j’en approchais un morceau de gomme copal (résine d’une plante exotique) frotté et rendu électrique ; la feuille fut s’y attacher sur le champ!

J’avoue que je m’attendais à un résultat tout contraire parce que, selon mon raisonnement, le copal, qui était électrique, devait repousser la feuille qui l’était aussi.

Je répétais l’expérience un grand nombre de fois. La même chose arriva en approchant de la feuille un morceau d’ambre (résine fossile) ou de cire d’Espagne(cire végétale extraite d'un palmier) frottés.
Voilà donc deux électricités bien démontrées, et je ne puis me dispenser de leur donner des noms différents pour éviter la confusion des termes, ou l’embarras de définir à chaque instant celle dont je voudrai parler. j’appellerai donc l’une l’électricité vitrée, et l’autre l’électricité résineuse, non que je pense qu’il n’y a que les corps de la nature du verre qui soient doués de l’une, et les matières résineuses de l’autre (car j’ai déjà de fortes preuves du contraire), mais c’est parce que le verre et la résine sont les deux matières qui m’ont

donné lieu de découvrir ces deux différentes électricités».


  • Fais un schéma annoté correspondant à chacune des expériences décrites dans ce texte.




  • Pour chacune d'elles, décris ce que C.F. Dufay a observé et l'interprétation qu'il en a faite.


  • Pourquoi C.F. Dufay a-t-il été "prodigieusement déconcerté" par sa deuxième expérience ?


  • Quels sont les termes utilisés de nos jours pour remplacer "électricité vitrée" et "résineuse" ?


1



  1. Des expériences similaires pour confirmer la théorie de Dufay:


Expérience n°1:
Tu disposes d'un pendule électrostatique constitué par une boule en aluminium suspendue à une potence par l'intermédiaire d'un fil isolant, d'une paille, d'une tige noire en ébonite (résine artificielle) et d'un tissu.
Touche la boule avec la main de façon à t'assurer que sa charge électrique est nulle (des éventuelles charges électriques présentes sur la boule se répartissent alors entre la boule et la terre par l'intermédiaire du corps humain qui est conducteur).


  • Approche la paille de la boule en aluminium. Qu'observes-tu ?




  • Recommence cette expérience après avoir frotté la paille contre le tissu.

Décris ce que tu observes et fais ci-contre un schéma annoté.



  • Frotte la tige d'ébonite contre le tissu et approche-la de la boule précédemment chargée par contact avec la paille, sans la toucher. Qu'observes-tu ?


Puis approche à nouveau la paille frottée. Qu'observes-tu ?


  • Tes observations sont-elles en accord avec celles faites par C.F. Dufay ?


Expérience n°2:
La machine inventée par Wimshurst en 1882 permet de charger deux boules métalliques situées à quelques cm l'une de l'autre, l'une positivement et l'autre négativement.


  • Que se passe-t-il lorsque les charges électriques portées par les boules métalliques augmentent ?



  • Comment peux-tu expliquer cette observation ?


Un pendule électrostatique est positionné entre les deux boules

chargées de la machine de Wimshurst.


  • Fais ci-contre un schéma de cette expérience, en ne représentant

que ce qui est important pour sa compréhension.


  • Décris ce que tu observes puis propose une explication.




  • Conclue en rappelant les observations qui permettent d'affirmer qu'il existe deux types de charges

électriques, que nous appellerons désormais positives (vitrée) et négatives (résineuse).


2



  1. Conducteurs et isolants :




  • On écarte les boules de la machine de Wimshurst l'une de l'autre, puis on relie

une des boules au plateau d'un électroscope par l'intermédiaire d'un fil de cuivre.

On actionne la manivelle. Qu'observe-t-on ? (fais un schéma ci-contre).

  • Pourquoi a-t-on pris la précaution d'écarter les boules avant d'actionner la manivelle ?



  • On intercale entre la boule de la machine et l'électroscope différents matériaux, l'un après l'autre:

ébonite, plastique, aluminium, bois, graphite (mine de crayon), verre, corps humain, ...
Classe ces matériaux en fonction de leur comportement :


  • Conclue en essayant d'interpréter cette différence de comportement d'un point de vue microscopique.



  1. Polarisation par influence :




  • Fais un schéma sur lequel tu représenteras le mouvement

des électrons dans la partie métallique d'un électroscope,

lorsqu'on approche (sans le toucher) une tige en ébonite

frottée et chargée négativement.
Explique pourquoi les feuilles de l'électroscope s'écartent

l'une de l'autre à l'approche de la tige électrisée.


  • L'électroscope est-il chargé ?


On dit qu'il est polarisé. Pourquoi ?

  • Dans l'expérience n°1 de la page 2, une boule en aluminium est

attirée par une tige électrisée bien qu'elle soit électriquement neutre !
Explique pourquoi en t'aidant d'un schéma sur lequel tu représenteras

les mouvements des électrons libres dans la boule conductrice, à

l'approche de la tige.


  • A
    3
    quelle expérience vue dans le cadre du cours de chimie cela te fait-il penser ?

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