1 S

|1 S |INTERACTION électromagnétique |P 2 TP | But du TP : Découvrir les phénomènes d'électrisation de la matière et
réaliser une première approche de la loi de Coulomb. Toutes les observations, interprétations et conclusions doivent être
notées correctement dans votre compte rendu. Expérience d'électrisation par frottement
V Prendre la règle plastique, la frotter avec un chiffon en laine puis
l'approcher de petits bouts de papier posés sur votre table.
Recommencer avec la tige en verre frottée ave le chiffon en laine. V Reprendre les expériences précédentes en approchant la règle puis la
tige en verre frottée du pendule électrostatique. 1°/ Qu'observe-t-on ? La tige en verre et la règle frottée attire les
morceaux de papier et la boule du pendule
2°/ S'agit-il d'une action de contact ou à distance ? Action à distance
3°/ L'action exercée par la règle puis la tige en verre subie par la
sphère dépend-elle de leur distance mutuelle ?
Oui, plus la distance diminue plus l'action est intense.
Les deux sortes d'électricité
V Électriser l'extrémité d'une paille en plastique suspendue par un fil
avec un chiffon, repérer le côté électrisé. Approcher alors une autre
paille électrisée de la même façon (avec le même chiffon).
Recommencer la manipulation précédente en approchant un bâton de PVC
électrisé par un chiffon puis un bâton de verre électrisé par de la
laine.
| | |Paille (sur le |
| | |support) |
|Objet |Paille |R |
|approché| | |
| |Verre |A |
| |PVC |R | 1°/ Résumer vos résultats dans ce tableau :
(A = attire et R = repousse) 2°/ Peut-il n'exister qu'une seule sorte de charge électrique ? (citer la
(les)) Non, il doit exister
deux types de charges : positives et négatives
3°/ Schématiser l'expérience précédente (lorsque l'objet approché est la
paille puis le verre) sachant que le bâton de verre frotté avec de la
laine est chargé positivement.
3°/ Dans quel cas y a-t-il attraction ? Lorsque les charges sont
opposées
Dans quel cas y a-t-il répulsion ? Lorsque les charges sont
identiques
Lorsqu'on frotte une tige de verre avec un tissu en laine ou en soie il
apparaît une charge positive sur la partie frottée du verre. 4°/Apparaît-il une charge sur la partie frottée du tissu ? Oui, une charge
opposée.
5°/ Quel est son signe ? Négatives.
6°/ Reste-t-elle localisée sur la partie frottée du tissu ? Oui elles
restent localisées sur la partie frottée car les charges ne se propagent
pas dans un isolant.
7°/ Y a-t-il eu création ou transfert de charges ? Transfert de charges
entre le verre et le tissu.
8°/ Quel principe de physique doit être respecté ? Conservation de la
charge électrique. Interprétation de l'attraction d'un corps chargé sur un corps
électriquement neutre
L'attraction de la sphère non chargée par la règle frottée ou la baguette
de verre frottée n'est pas simple à expliquer. En effet la sphère est
électriquement neutre : elle n'est pas chargée. Toutefois, constituée
d'atomes, elle possède des charges négatives et positives en quantités
égales. Lorsqu'on approche un corps chargé, la position des charges à
l'intérieur de la sphère est légèrement modifiée. Par exemple si on
approche une règle en plastique chargée négativement par frottement avec
un morceau de tissu pur coton, des charges positives sont attirées tandis
que des charges négatives sont repoussées. Les charges positives sont
alors plus proches de la règle que les charges négatives. Comme
l'intensité de la force électrique décroît avec la distance, l'attraction
l'emporte sur la répulsion. Ce raisonnement peut être reproduit dans le
cas de l'approche d'une baguette de verre chargée positivement par
frottement avec de la laine ou de la soie. Cette fois les charges
positives de la baguette de verre sont plus proches des charges négatives
de la sphère et l'attraction l'emporte encore. Dans tous les cas l'action
d'un corps chargé sur un corps neutre est une attraction. 1°/ Faire un schéma illustrant cette explication dans le cas où le corps
chargé est une règle en plastique :
2°/ Expérience : déviation d'un mince filet d'eau par une paille chargée :
a. Approcher une paille frottée au voisinage du filet d'eau et
observer : le filet d'eau est attiré par la paille
b. Avec ce qui a été dit précédemment, essayer d'expliquer ce qu'il se
passe (dessiner une molécule d'eau). Remarque : La série triboélectrique donne une indication sur la matière
susceptible d'arracher les électrons à l'autre lors de la friction de deux
matériaux. Dans cette liste la fourrure de lapin a tendance à perdre des
électrons et le PVC a en gagner. Lorsqu'on frotte deux matériaux, plus ces matériaux sont éloignés dans la
série triboélectrique plus l'électrisation sera forte.
La machine de Wimshurt
1. Principe de fonctionnement de la machine
La machine électrostatique de Wimshurt permet de réaliser une
électrisation par frottement beaucoup plus efficace que dans les
expériences précédentes. 1°/ Légendes du schéma ci-contre :
|Désignation |N° |
|Disques en matière |1 |
|plastiques | |
|Manivelle de mise en |2 |
|rotation | |
|Balais métalliques |3 |
|Peignes collectant les |4 |
|charges | |
|Condensateurs de |5 |
|stockage | |
|Éclateur |6 | 2°/ Principe de fonctionnement : Les balais frottent sur les parties métalliques régulièrement espacées sur
le support isolant, il y a électrisation par frottement des balais. Les
électrons transférés lors du frottement, plus mobiles que les charges
positives, se déplacent vers l'une des deux boules qui porte alors un
excès d'électrons : elle est chargée négativement. L'autre boule possède
un déficit d'électrons : elle est chargée positivement. |(Attention |Ne toucher aucune partie métallique de la machine pendant les |
| |expériences : il y a risque de choc électrique. | 3°/ On écarte les éclateurs d'environ 2 à 3 cm et on fait tourner
modérément la manivelle.
Noter les observations et interpréter : Un arc électrique se produit car
la différence de potentiel entre les deux éclateurs est trop importante
(accumulation d'électron sur une boule et déficit sur l'autre). L'air ne
peut plus jouer sont rôle d'isolant et les électrons passe d'une boule à
l'autre.
Lorsque l'expérience est terminée, mettre les deux éclateurs en contact.
2. Le carillon électrostatique
Un pendule est placé entre deux plaques métalliques reliées aux éclateurs
de la machine de Wimshurt.
Les éclateurs sont écartés de 20 à 30 cm environ. On fait tourner la
machine.
Noter vos observations et interpréter :
Au contact de la paroi chargées négativement, la boule se charge
négativement en gagnant des électrons et est alors repoussée sur l'autre
paroi (charges de signes contraires se repoussent). Au contact de la paroi
chargée positivement, la boule se charge positivement en perdant des
électrons et est alors repoussés de nouveau sur l'autre paroi
Conducteur et isolant
V Une boule de la machine de Wimshurt est connectée à une tige métallique
posée sur un morceau de bois. On place un pendule à l'extrémité de la
tige. Observer ce qu'il se produit lorsque la machine fonctionne.
V On recommence l'expérience en remplaçant la tige métallique par une tige
de PVC.
1°/ Interpréter la différence de comportement entre le métal et le PVC
La tige métallique se charge positivement ou négativement car les
électrons peuvent librement circuler dans un conducteur. La tige attire
alors les charges de signe opposé dans la boule et repousse les charge de
même signe. La distance entre les charges de même signe étant plus grande
que la distance entre les charges de signe opposé alors l'attraction
l'emporte sur la répulsion.
La tige en PVC ne se charge pas car les électrons ne peuvent pas librement
circuler dans les isolants. L'électroscope
On dispose alors du matériel suivant : une tige d'ébonite; un chiffon en
laine ; un électroscope vitré (schéma ci-contre).
Remarque : L'électroscope que nous utilisons possède une aiguille mobile
autour d'un axe à la place des lames métalliques.
1. Charge et décharge de l'électroscope
Charge
On met en contact la tige électrisée et le plateau de l'électroscope. Puis
on retire la tige électrisée.
Observer et interpréter
Décharge
On touche du doigt le plateau de l'électroscope. Observer et interpréter. 2. 3. Électrisation par influence
1°/ Réaliser alors l'expérience décrite par la succession d'opération ci
dessous :
. Approcher la tige frottée du plateau de l'électroscope sans
toucher le plateau. (A)
. En maintenant la tige au voisinage du plateau, toucher celui ci
avec la main. (B)
. Retirer la main avant de retirer la tige. (C)
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2°/ Noter les observations et interpréter en dessinant la distribution des
charges sur les schémas de A à D.
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