Thème 2 : MOUVEMENTS ET INTERACTIONS TP 1ère spé Physique-Chimie
Électrisation et charges électriques
Objectif : Illustrer l’interaction électrostatique, mettre en œuvre et interpréter des expériences mettant en jeu cette interaction.
Compétences travaillées :
APP : Extraire et organiser l’information.
ANA-RAIS : Élaborer un protocole.
REA : Mettre en œuvre un protocole.
VAL : Analyser des résultats Notions :
• charges électriques
• notion de champs électrostatique
CONTEXTE
Chacun a fait l’expérience désagréable des décharges électriques par temps sec en hiver en marchant sur de la moquette ou en enlevant un pull-over. On parle d’électricité statique.
De quels paramètres l’interaction électrostatique dépend-elle ? PROBLÉMATIQUE
Le physicien français Charles François de Cisternay du Fay a mené de nombreuses expériences d’électrisation. En 1733, il a découvert grâce à ses expériences que deux sortes d'électricité devaient être distinguées. Comment réaliser et interpréter des expériences d’électrisation ?
DOCUMENTS A DISPOSITION Document 1 : Extraits du rapport de Du Fay à l’Académie des sciences [1]
« On frotte un tube de verre pour le rendre électrique, et, le tenant dans une situation bien horizontale, on laisse tomber dessus une parcelle de feuille d’or. Sitôt qu’elle a touché le tube elle est repoussée en haut, à la distance de 8 ou 10 pouces et elle demeure presque immobile en cet endroit. Il demeure donc constant que les corps devenus électriques sont chassés par ceux qui les ont rendus électriques car lorsqu’on laisse tomber la feuille sur le tube, il attire vivement cette feuille qui n’est nullement électrique, mais dès qu’elle a touché le tube elle est rendue électrique elle-même, et par conséquent elle en est repoussée, et s’en tient toujours éloignée.
Ce qui me déconcerta prodigieusement fut l’expérience suivante : ayant élevé en l’air une feuille d’or par le moyen du tube, j’en approchais un morceau de gomme copal [2] frotté et rendu électrique ; la feuille fut s’y attacher sur le champ… J’avoue que je m’attendais à un résultat tout contraire parce que, selon mon raisonnement, le copal, qui était électrique, devait repousser la feuille qui l’était aussi ; je répétai l’expérience un grand nombre de fois…La même chose arriva en approchant de la feuille un morceau d’ambre [3] ou de cire d’Espagne [4] frotté.
Après plusieurs tentatives, qui ne me satisfaisaient nullement, j’approchai de la feuille chassée par le tube une boule de cristal de roche frottée et rendue électrique elle repoussa cette feuille de même que le tube.
Un autre tube de verre la chassa de même. Enfin, je ne pus pas douter que le verre et le cristal de roche ne fissent précisément le contraire de la gomme copal, de l’ambre et de la cire d’Espagne. En sorte que la feuille repoussée par les uns à cause de l’électricité qu’elle avait, était attirée par les autres ; cela me fit penser qu’il y avait peut-être deux genres d’électricité différents et je fus confirmé dans ces idées par les expériences suivantes…
Voilà donc deux électricités bien démontrées et je ne puis me dispenser de leur donner des noms différents. J’appellerai donc l’une électricité vitrée, l’autre électricité résineuse parce que le verre et le copal sont les deux matières qui m’ont donné lieu de découvrir ces deux différentes. » [5]
[1] Quatrième mémoire sur l’électricité, de l’attraction et de la répulsion des corps électriques, 1733.
[2] Résine d’une plante exotique de la famille des légumineuses.
[3] Résine fossile.
[4] Cire végétale extraite d’une espèce de palmier.
[5] Extraits pris dans l’histoire de la physique Tec et Doc et B.U.P. 760.
Thème 2 : MOUVEMENTS ET INTERACTIONS TP 1ère spé Physique-Chimie Document 2 : Compléments scientifiques ___
• L’électrisation par contact consiste à transférer les électrons d’un corps chargé à un autre quand ces corps se touchent.
• L’électrisation par frottement consiste à arrache ou à déposer des électrons sur un objet que l’on frotte.
• L’électrisation par influence consiste à modifier la
répartition des électrons dans un matériau à l’approche d’un corps chargé, sans contact. Le matériau reste électriquement neutre.
Document 3 : Étapes de la démarche d’investigation 1. RELIRE les documents, REPÉRER les éléments en relation avec le problème posé et les noter
2. REFORMULER le problème en utilisant un vocabulaire scientifique
3. ÉMETTRE une hypothèse permettant d’y répondre 4. ÉLABORER un protocole expérimental et le mettre en œuvre pour valider l’hypothèse formulée
5. NOTER les observations, les INTERPRÉTER et CONCLURE
Document 4 : Matériel disponible 1
Tiges de verre, de PVC, d’ébonite, pailles en plastique, règles en plastique, chiffon de laine, de coton, pendule portant une sphère métallisée.
Document 5 : Matériel disponible 2
http://mariepierrot.free.fr/lycee/1erePC/
doc_electrostatique-tropicale.pdf
• Pailles rigides
• Une feuille de plastique (transparent de vidéoprojecteur)
• Pate à modeler (ou gobelets avec platre)
• Attaches parisiennes n°10
• Papiers divers et d’épaisseurs variées
➢ papier à cigarette
➢ papier « essuie tout »
➢ papier aluminium
• Colle, scotch, agrafeuse, ciseaux, trombones...
• Carton fin et rigide pour les supports TRAVAIL A RÉALISER
Partie A : Mise en oeuvre d’une expérience avec le matéiel du document 4
1) Proposer puis mettre en œuvre un protocole permettant d’électriser un objet :
• par frottement ;
• par contact ;
• par influence.
2) Schématiser l’électrisation par frottement et par contact.
3) Justifier que le schéma ci-contre représente une électrisation par influence.
4) De quoi dépend l’interaction électrostatique ?
5) Expliquer pourquoi il arrive que les cheveux s’électrisent lorsqu’on enlève un pull-over.
6) De quels paramètres l’interaction électrostatique dépend-elle ?
Partie B : Cartographie d’un champ à l’aide d’un programme.
On donne le code Python qui permet de représenter le champ électrostatique en différents points de l’espace, en fonction de charges disposées dans cet espace.
http://mariepierrot.free.fr/lycee/1erePC/champavecchoix.py
1) Lancer le programme : choisissez de placer une particule positive et une particule négative dans le plan d’observation. Retrouver la couleur de représentation de la particule positive, de la particule négative dans le programme.
2) Comment sont orientées les flèches représentant le champs électrique ?
3) Relancer le programme plusieurs fois avec des situations différentes pour pouvoir affiner votre analyse.
Partie C : Réalisation pratiques d’expériences.
A l’aide du document 5, et du matériel mis à votre disposition, construire le dispositif expérimental que vous aurez tiré au sort. Préparer une petite présentation orale des phénomènes électrostatiques qu’il permet d’observer.
