Académie d'Aix-Marseille Pédagogie
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Les orages et l’électricité pour les jeunes

29/08/06

 

Christian Malric, Professeur

 

Les orages

 

Les circonstances marquantes des orages dans le midi au début de chaque automne sauront réveiller l’intérêt des élèves.

-          Formation des nuages par évaporation de l’eau de mer

-          Arrêt par une chaîne de montagnes

         Précipitations

 

 

            -    La foudre  - Transition avec l’électricité. L’étincelle est obtenue avec Généflash (chez Pierron), on peut aussi bricoler un allume-gaz.

On trace le dessin à l’imprimante, on colle la feuille sur du papier alu, puis on découpe les motifs et on les colle sur un couvercle de boîte transparente où arrivent 2 fils électriques bien dénudés à leur extrémité. (Circuit imprimé artisanal !) Le tout est collé sur une boîte en plastique qui peut aussi contenir le matériel pour les expériences. Pour éviter l’humidité et figurer un ciel sombre, on peut coller un plastique bleu foncé sous le couvercle.

éclair

L’allume-gaz produit entre le nuage et le clocher une importante différence d’état électrique. C’est ce qui provoque la formation de l’éclair.


VideoA1

 

L’électricité

           

-La foudre - les nuages (2 maquettes)

 

Les performances peuvent être améliorées en plaçant des feuilles d’aluminium sur presque toute la surface de la bouteille, y compris les fonds (intérieurs et extérieurs). On collera, dans ce cas, une feuille de plastique transparent sur la surface extérieure pour ne pas décharger la bouteille en la saisissant.

electrisation         

 

Expériences avec généflash (ou un allume-gaz arrangé). Il produit de l’électricité comme celle de la foudre. 

 

  photo

1) Charge

  nuages

       VideoA2

 

2) Eclair entre les 2 nuages 

  plus visible

         

VideoA3

 

3) Plus visible         

foudre

 

 

VideoA4

 

4) La foudre tombe sur le sol

                                     

 

 

Confection du pendule électrostatique :

Il présente l’intérêt d’être très bien isolé.

A faire en double exemplaire qui seront nommés A et B

pendule

Le carillon électrostatique

 

L’électricité de l’allume-gaz fait le même effet  que ce qui se passe entre du plastique frotté et la main     

 

VideoB1

 

 

 

carillon

Donc l’allume-gaz produit des charges électriques comme celles qui sont faites par du plastique frotté qui attire des corps légers.  

Cette électricité apparaît quand on frotte de verre ou du plastique.

Elle reste localisée à l’endroit frotté.

c’est l’électricité statique

Video0

 

confetti



Video1

 

 

Les deux sortes d’électricités                              

 

 

 

 

Pour chacun des pendules A et B :

Attraction Contact Répulsion

Pendant le contact, il prend de l’électricité à la baguette et il est repoussé :

videoA+B

- Deux corps chargés de la même espèce d’électricité se repoussent.

 

 

 

 

 

Attraction

Les pendules chargés lors de la première expérience sont attirés. Ils ne portent donc pas la même électricité que la baguette.

 

videoA-B

- Deux corps chargés d’électricités différentes s’attirent.

 

 

attraction

 

Attraction  Contact  Neutralisation

Les pendules s’attirent, se touchent, et retombent comme s’ils étaient déchargés. Par analogie avec la somme algébrique où + 2et –2= 0, on a nommé Electricité positive  (+), celle du verre (ou du plexiglas) et Electricité négative (-), celle de l’ébonite (ou du plastique).  

 

videoAB

 

En réalité, on observe souvent, à la fin, que les 2 pendules se repoussent légèrement. La quantité d’électricité portée par un pendule doit être supérieure à celle de l’autre, et lors du contact, les deux se partagent la différence, ils possèdent alors 2 faibles charges semblables et se repoussent.


Conducteurs et Isolants

Attraction, Contact, Répulsion

Le pendule a les mêmes réactions. L’électricité est donc passée du plastique au pendule par l’intermédiaire du métal.

Le métal est un conducteur.

Si on remplace le métal par du verre, il ne se passe rien :

Le verre est un isolant (comme les plastiques, le bois sec, le caoutchouc…)   

Video2

 

 

Pourquoi les pendules « neutres » sont-ils attirés ?

En présence des charges négatives du plastique frotté, les charges négatives qui peuvent se déplacer dans le métal, sont repoussées le plus loin possible. Comme le métal est neutre, elles laissent à leur place autant de charges positives. Les charges négatives du métal, plus éloignées du plastique sont repoussées « moins fort » que ne sont attirées les charges positives plus proches. Le pendule va aller vers le plastique.            

pendule

Les charges sont inversées lorsqu’on présente au pendule neutre une tige de verre (ou de plexiglas frotté), mais le mouvement est le même.

Comment charger un pendule positivement avec du plastique (électricité négative) :

Les charges négatives du pendule sont repoussées jusqu’au sol par l’intermédiaire du corps de l’expérimentateur. Il ne restera sur le pendule que les charges positives.

C’est le chargement par influence. 

 

Video3

Interprétation : Structure de la matière

Pour expliquer la nature et le déplacement des charges électriques, il sera nécessaire d’expliquer la structure atomique des métaux. Le professeur de physique pourra, bien entendu, la présenter comme il le fait d’habitude.