Académie d'Aix-Marseille Pédagogie
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Les orages et l'électricité

 

Christian Malric
Professeur

 

Idées d'un I .D.D. avec la géographie, sur les orages et la foudre conduisant à la nature du courant électrique en passant par l'électrostatique.

 

            Partie Géographie

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 Génétin (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 carton où arrivent 2 fils électriques bien dénudés à leurs extrémités.(Circuit imprimé artisanal !) Le tout est collé sur une boîte en plastique qui peut aussi contenir le matériel pour les expériences.

 

Les collègues de géographie trouveront de bonnes informations dans le supplément de Textes et Documents pour la Classe N°853 d'avril 2003, ALEAS ET ENJEUX N°07 « Les risques météorologiques et climatiques »

 

Partie Physique

L'électricité

 

           

La foudre - les nuages (2 maquettes)

           

 

-              Expériences avec un allume-gaz. Il produit de l'électricité comme celle de la foudre

 

1) Charge 2) Eclair entre les deux nuages 3) Plus visible 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

                                                  

 

 

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
 


 


 

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

 

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 :

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

Attraction

Les pendules chargés lors de la première expérience sont attirés.

- Deux corps chargés d'électricités différentes s'attirent

 

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).

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.)
 


 

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.

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

   

 

 

Expériences avec la machine de Wimshurst
 

1) Charge

( 2) Eclair entre les 2 nuages

3) Plus visible

4) La foudre tombe sur le sol

Le paratonnerre

 

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 habituellement.