Chapitre 5 : L'Électricité et le Magnétisme PDF

Chapitre 5: L'Électricité et le Magnétisme: 1­ Qu'est­ce que l'électricité: (Généralité) Thalès de Milet (≈400av. J.C.) laine frotté sur de l'ambre attire de petits objets (ex. paille) Willliam Gilbert (16ème siècle ) verre, résine et autre agissent comme l'ambre...

Chapitre 5: L'Électricité et le Magnétisme: 1­ Qu'est­ce que l'électricité: (Généralité) Thalès de Milet (≈400av. J.C.) laine frotté sur de l'ambre attire de petits objets (ex. paille) Willliam Gilbert (16ème siècle ) verre, résine et autre agissent comme l'ambre "effet électrique" Benjamin Franklin (18ème siècle) "électricité positive" et "électricité négative" Déf: Électricité: est l'ensemble des phénomènes provoqués par les charges positives et négatives. 1 1.1­ Les charges électriques: Déf: charge électrique: est une propriété des protons et des électrons. Un proton porte une charge positive, tandis qu'un électron porte une charge négative. (symbole: "q" unité: "C" pour Coulomb) Déf: corps chargé négativement: possède un surplus d'électrons. ( plus d'électrons que de protons ) Déf: corps chargé positivement: présente un déficit d'électrons ( plus de protons que d'électrons ) Évidemment tel que vue précédemment, ce sont les électrons de valences qui sont en cause dans le chargement des substances. Déf: Charge élémentaire: est la charge portée par un électron ou un proton. Elle vaut 1,602 x 10­19 C. Déf: Coulomb: est l'unité de mesure de la charge électrique. Un coulomb équivaut à la charge de 6,25 x 1018 électrons ou protons. 2 Les forces d'attraction et de répulsion électriques: Quatre points importants à bien connaître: ­ Les charges électriques de mêmes signes se repoussent. ­ Les charges électriques de signes opposés s'attirent. ­ La force permettant l'attraction ou la répulsion se nomme "Force électrique" ­ Les charges électriques sont conservées, elles ne peuvent être détruites ni créées: " La loi de la conservation de la charge " 1.2­ Les conducteurs et les isolants: La matière est généralement neutre! Heureusement pour nous! Mais si on transfère des charges et que cette neutralité électrique se perd on est en présence de l' "Électrisation". Déf: Électrisation: consiste à créer un déséquilibre des charges dans la matière. Trois types de matière: Conducteur, semi­conducteur et isolant 3 Notes: ­ les électrons se repoussent tous à la surface d'un conducteur isolé. (Ce qui rend l'intérieur neutre électriquement.) ­ Ce sont les électrons de valences qui se font transférer. ­ Dans un conducteur dans un circuit, les électrons se poussent les uns les autres créant un courant électrique à la surface du fil. ( D'où la nécessité d'une gaine isolante.) ­ Dans une solution électrolytique on peut aussi retrouver des ions qui permettent la conduction du courant. charges positives: cations attirées par l'électrode négative: Cathode charges négatives: anions attirées par l'électrode positive: Anode 4 Déf: Conducteur: est une substance qui permet aux charges de circuler librement. Exemples: métaux et solutions électrolytiques tel: cuivre, fer, nickel, platine, or et solution salée, acide, basique... Déf: Isolant: est une substance qui NE permet PAS aux charges de circuler librement. Exemples: non­métaux tel: porcelaine, verre, céramique, plastique, caoutchouc, bois, l'air etc. Déf: Semi­conducteur: est une substance à conductivité variable selon divers facteurs. Exemples: métalloïdes, utilisé en électronique (transistor, diode...) 5 1.3­ Les champs électriques: Déf: Champs électrique: correspond à la région de l'espace dans laquelle la force électrique d'un corps chargé peut agir sur un autre corps chargé. 6 2­ L'Électricité Statique: Deux domaines distincts d'étude de l'électricité: ­ Électricité dynamique ­ Électricité statique Déf: Électricité statique: est l'ensemble des phénomènes liés aux charges électriques au repos. p145 fig 5.11 Un objet électrisé peut se décharger lentement dans les molécules d'eau dans l'air ambiant. air sec = électricité statique air humide = moins d'électricité statique 2.1­ L'électrisation de la matière: 3 types: ­ frottement ­ conduction ­ induction Électrisation par frottement: Lorsqu'on frotte deux objets ensembles il peut se produire un transfert de charge électrique (e­) qui résulte en deux objets chargés de signes contraires. La liste électrostatique suivante dicte quelle substance aquiert des charges négatives (e­) fig 5.14 p146 (prochaine page de note) 7  Exemple: Si on frotte une tige de plastique avec un morceau de laine... le plastique deviendra chargé négativement et la laine positivement. Il s'effectue un transfert d'électrons. Ne jamais oublier que les protons ne sont pas accessible en électricité statique. Exercice 1: Vous frottez une tige de cuivre avec de la soie et une tige de plastique avec du coton... a) Quelle est la charge de chacune des substances présente: Cuivre _______ Soie ________ Tige plastique _______ Coton ________ b) Qu'arrivera­t­il si j'approche: i: Cuivre et plastique? ____________________ iii: Cuivre et coton? ________________ ii: Soie et coton? ____________________ iv: Plastique et soie? _______________ 8 L'Électrisation par conduction: Si on met en contact deux objets électrisé les charges se répartiront de façon égale entre les deux, laissant deux objets chargés de même signes mais dont la charge est plus faible que celle de l'objet de départ. L'Électrisation par induction: Induction désigne une action qui se produit sans contact direct. 9 10 2.2­ La loi de Coulomb: Déf: Loi de Coulomb: établit que la force qui s'exerce entre deux particules immobiles électriquement chargées est directement proportionnelle au produit de leur charge et inversement proportionnelle au carré de leur distance. N.B.: Loi de Coulomb est uniquement valable pour des charges au repos. 11 3­ L'Électricité Dynamique: Déf: Électricité dynamique: est l'ensemble des phénomènes liés aux charges électriques en mouvement 3.1­ Le courant électrique: La répulsion des charges semblables explique le fait que le courant électrique semble quasi instantané. Déf: Courant électrique: est un déplacement ordonnée des charges négatives portées par les électrons. 12 Déf: Sens conventionnel du courant: correspond à la direction qu'emprunterait une particule positive dans un circuit électrique. C'est pourquoi il va de la borne positive de la source de courant vers sa borne négative. Le courant conventionnel va du + vers le ­. + ­ Mais dans la vrai vie, dans nos fils électriques, le courant RÉEL vas de la borne négative à la borne positive. (­ vers le +) + ­ 13 L'intensité du courant: Déf: Intensité du courant: correspond au nombre de charges qui circulent en un point d'un circuit électrique par seconde. L'unité du courant est l'Ampère en l'honneur d'André­Marie Ampère, physicien français (1775­1836) Symbole: I (intensité du courant) Unité: A (ampère) Exemple 1: Sur les appareils électriques on retrouve presque toujours une fiche signalétique qui donne des renseignements sur l'ampèrage, le voltage et/ou la puissance. Si un radio affiche le besoin d'un courant de 10A, quelle sera la charge (en Coulomb) qui passera en une minute? D: I = 10A S: I = q/Δt alors q = I x Δt Δt = 1 minute = 60 secondes q = 10A x 60s = 600 C R: q (Coulomb) 14 Exemple 2: Combien d'électrons circuleront en 8 minutes si un courant de 0,5A passe? D: I = 0,5A S: I = q/Δt alors q = I x Δt Δt = 8 minutes = 480 s q = 0,5A x 480s = 240 C = q(C)... je cherches q(e­) ­ R: q(C), q(e ) 1C = 6,25x1018 e­ donc: 1C = 6,25 x1018 e­ 240C = 1,5 x1021 e­ = q(e­) Exemple 3: Combien de minutes un courant circule­t­il à l'intérieur d'un circuit si il a 2A et que 3,75 x1021e­ passe pendant ce temps? D: I = 2A S: I = q/Δt alors Δt= q/I q(e­) = 3,75x1021 e­ 6,25x1018 e­ = 1C R: q(C), Δt(s), Δt(min) 3,75x1021 e­ = 600C =q(C) Δt = 600C/2A = 300s =Δt(s) 1 minute = 60s ? minutes = 300s 5 minutes = Δt(min) 15 N.B.: L'ampèremètre mesure l'intensité du courant et doit être placé en série pour en faire la mesure. 16