Documents_supports_EM Chapitre 1 TSI

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1 Document 1 : Expériences historiques d électrostatiques a) Electrisation par frottement Les expériences d électricité ont déjà lieux au 18 e siècle et elles amusent les salons bourgeois par leurs effets spectaculaires. L électrisation est alors obtenue par frottement (d une baguette en verre par exemple) c est-à-dire en arrachant des électrons d un matériau à l aide d un chiffon (fourrure de chat par exemple) : c est la triboélectricité. Commentaire [A1]: re.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/vide o/spectacles/video/spectacles.php Vidéo 1,2, 3 et 4 Electrisation d un individu Expérience de la chaîne humaine Tube étincelant Donneurs d électrons Le tableau ci-dessous est nommé série triboélectrique. Si on frotte ensemble deux matériaux se trouvant dans ce tableau, celui qui sera le plus haut des deux dans la liste sera électrisé positivement, celui en dessous négativement. Prévoir le signe de la distribution dans les cas suivants : 1) Verre frotté à l aide d un chiffon en laine Commentaire [A2]: On peut expliquer ce classement en analysant la polarité des liaisons constituant ces chaînes d atomes, ou la présence d orbitale vacante dont le niveau d énergie est plus bas que celle occupée par l électron dans son état initial. Par exemple le polystyrène est constitué d un cycle encore «stable» malgré la présence d un électron supplémentaire,zinc 2) Règle frottée à l aide d une peau de chat Accepteurs d électrons 3) Expliquer, en utilisant la liste ci-dessus, l expérience de Galvani Commentaire [A3]: re.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/vide o/galvani/video/galvani.php vidéo 5

2 b) Electrisation par contact Soit un pendule sur lequel est attachée une boulle d aluminium. Commentaire [A4]: ogique/zoom/video/18ency-danse/video/ Vidéo 6 cstat_ch02/co/observer_ch02_01.html Vidéo 7 cstat_ch02/co/observer_ch02_02.html Vidéo 8 Etat initial On approche une tige en verre chargée. On observe une attraction jusqu à contact avec la tige en verre. Après ce contact, on observe une répulsion, car l aluminium a cédé des charges à la tige en verre. On obtient alors deux distributions de même signe expliquant alors la répulsion. 4) Les expériences précédentes permettent d apprécier le caractère attractif ou répulsif de la force électrique. Trouver aussi un argument permettant d envisager que la force électrique est également en où est la distance entre les deux distributions et une constante positive. c) Electrisation par influence Un électroscope à feuilles est constitué d'une tige métallique supportant deux feuilles étroites et très fines d'or ou d'aluminium. L'ensemble est placé dans une enceinte transparente et isolante (verre) Commentaire [A5]: cstat_ch01/co/observer_ch01_04.html Vidéo 9 Avant Après Lorsqu'on approche une baguette électrisée de l'électroscope (sans le toucher), les feuilles de l'électroscope s'écartent. Si on éloigne la baguette, les feuilles retombent. Si les lamelles se sont écartées, c'est que des charges électriques se sont déplacées à l'intérieur du métal. Il s'agit d'électrons libres.

3 - Si la baguette est négative, elle repousse les électrons libres de l'électroscope. Ces électrons se retrouvent en excès dans les lamelles qui deviennent négatives et se repoussent. - Si la baguette est positive, elle attire les électrons libres de l'électroscope. Ces électrons se retrouvent en défaut dans les lamelles qui deviennent positives et se repoussent. d) Expression de la force électrostatique : expérience de la balance de Coulomb La balance de Coulomb est représentée ci-dessous : Extrémité mobile permettant d augmenter la torsion du fil Commentaire [A6]: On pourra également regarder cette vidéo cstat_ch02/co/observer_ch02_04.html Vidéo 10 edagogique/zoom/video/coulomb/vide o/coulomb.php Enceinte en verre Pendule de torsion constitué d un fil de torsion isolant au bout duquel une sphère conductrice et un contrepoids neutre sont attachés Vue du dessus Sphère métallique chargée, qui, au contacte de permet un transfert de charges : les deux sphères sont alors également chargées (sphères identiques). En 1785, Charles Coulomb proposa une expérience permettant de quantifier la force électrique entre deux charges et placées respectivement aux points et. Il proposa de vérifier l expression suivante : A l équilibre pour, la force exercée par le pendule de torsion et la force électrique se compense : 2 Coulomb a ensuite cherché à diviser par 2 la distance entre les deux charges en augmentant la force à l aide de l autre extrémité du pendule. 5) Dans l hypothèse d une force en de combien Coulomb a-t-il augmenté la force pour diviser par deux la distance entre les deux charges?

4 Document 2 : Visualisation des lignes de champ électrostatique Il suffit de saupoudrer de grains de semoule (particules neutres isolante) la surface d un liquide soumis à un champ électrique pour voir ces grains s orienter dans la direction du champ électrique et donc de matérialiser les lignes de champ. Commentaire [A7]: cstat_ch02/co/observer_ch02_03.html cstat_ch03/co/observer_ch03_01.html vidéo 12,13 Dans certains cas, le champ électrostatique atteint est si intense qu il parvient à arracher les électrons du gaz environnant : on parle de claquage. L arc électrique observé visualise le chemin emprunté par les électrons sous l action du champ électrique Commentaire [A8]: ssonsnous.com/2012/11/07/combat-entrezeus-et-thor-en-vrai/ vidéo 14 Document 3 : Applications Les applications sont nombreuses : Principe d un vidéo-projecteur En chargeant, les électrodes et le miroir, on peut fixer l orientation de ce dernier et ainsi jouer sur le flux de lumière associé à chaque pixel. Un filtre RVB en rotation permet d avoir une image projetée en couleur

5 Principe d un écran plasma Réacteur plasma pour la fabrication de composants dopés Le motif des écrans plasmas est le pixel. Dans chaque pixel, il est effectué une synthèse additive des couleurs après claquage des gaz rayonnants dans le bleu, le rouge et le vert. L ensemble est «piloté» par un maillage complexe de tensions TTL image du signal vidéo analogique à transmettre Le condensateur : Il s agit d un composant très largement utilisé en électronique (du signal, de puissance ). U Son principe est simple : un générateur de tension U va imposer une accumulation de charges Q sur une armature. Par interaction électrique, l autre armature va se charger simultanément. Cette aptitude à accumuler des charges sous une tension U est mesurée par la capacité C : Q = CU. C est fonction de la géométrie du condensateur et du diélectrique (isolant entre les deux plaques)

6 Capteurs et supports de l information Capteur de position câble coaxial capteur de niveau capteur d onde sonore Document 4 : Principe de superposition L expérience montre que la force électrostatique résultante est la somme des forces électrostatiques exercées par chacune des charges, et Document 5 : Principe de Curie Causes : la traction des chevaux (symétrique par rapport à la droite P) Effets : le mouvement du bateau est également symétrique par rapport à ce plan

7 Document 6 : Cartographie d un doublet de charges Exemple du doublet de charges positives On peut repérer deux plans de symétrie P S et P S pour la distribution de charges: Ces plans de symétrie de la distribution sont des plans de symétrie pour les lignes de champ électrostatique. On peut avoir l expression du champ électrostatique dans tout l espace en limitant notre étude au demi-espace. Exemple du dipôle électrostatique On peut repérer un plan d antisymétrie pour cette distribution de charges. Ce plan est également un plan d antisymétrie pour le champ électrique. On peut remarquer que pour cette distribution globalement neutre, on a des lignes de champ qui convergent de la charge positive vers la charge négative : ce comportement est tout fait général pour une distribution globalement neutre