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
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- 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.
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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
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L’électricité
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-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.
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Expériences avec généflash
(ou un allume-gaz arrangé). Il produit de l’électricité comme celle de la
foudre.
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1) Charge
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VideoA2
2) Eclair entre les 2 nuages
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VideoA3
3) Plus visible
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VideoA4
4) La foudre tombe sur le sol
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Confection du pendule électrostatique :
Il
présente l’intérêt d’être très bien isolé.
A
faire en double exemplaire qui seront nommés A et B
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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
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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

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Video1
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Les
deux sortes d’électricités
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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.
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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.
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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.
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Conducteurs et Isolants
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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
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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.
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Les charges sont inversées lorsqu’on présente au
pendule neutre une tige de verre (ou de plexiglas frotté), mais le mouvement
est le même.
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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
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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.
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