Expériences de physique et chimie

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1 UFR Sciences Expériences de physique et chimie électricité Document préparé par Les étudiants en préparation au CAPES physique-chimie

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3 L électricité : Comment se crée t-elle et son utilité? I. L électricité en physique: I.1 Moteur électrique simple: Matériel: aimant + fils électriques + pile carrée de 4.5V + trombones Expérience: 1 - Je fabrique une bobine (extrémités dénudées) 2 - Je fabrique le support de mon moteur : ce qu'on appelle le stator (Il est statique) D abord on prend un trombone dont on ouvre un bout. On enroule ce bout autour d'un autre bout de trombone. Ça nous donne une boucle dans laquelle on pourra passer un des bouts de fil de la bobine. On prépare 2 trombones comme cela. On enfiche un trombone normal sur chaque languette de la pile. Dans ce trombone, on met le trombone modifié pour recevoirles axes de la bobine. 3 - On branche! On met les bouts du stator dans le rotor et c'est partit, le courant passe!!! Que se passe t-il? La bobine. On a créé un moteur électrique. Remarque : Lorsqu on fait passer du courant dans une bobine de fil électrique, la bobine se transforme en aimant. Mais lorsqu'on fait bouger un aimant près d'une bobine, du courant circule dans la bobine. Les deux combinés dans notre expérience font que la bobine tourne et que nous avons un moteur électrique! I.2 Electro-aimants: Electricité et magnétisme Réalisation Montage - une pile plate; Enroulez le fil autour du clou (le bobinage doit être serré et sur deux ou - un gros clou en fer (110 mm); trois couches). - du fil électrique émaillé; Dénuder les extrémités du fil - des punaises métalliques; Branchez les extrémités sur les bornes de la pile - des trombones ou épingles Disposer le clou bobiné prés des punaises ou trombones

4 Observations : Les trombones sont. On a créé un. Remarque : Un champ magnétique va se créer autour du fil quand celui-ci est traversé par un courant électrique. Ce champ magnétique est du même type que celui des aimants, il est assez faible. L effet magnétique du courant électrique a été découvert par le physicien danois Oersted vers Autre expérience de mise en évidence de la création d un champ magnétique : L électricité peut se transformer en magnétisme de même que le magnétisme peut se transformer en électricité. La présence d électricité dans un circuit génère un champ magnétique. I.3 Petites expériences d électricité statique : Le phénomène de l électricité statique est observable au quotidien : Les cheveux longs qui refusent de se coiffer quand ils sont brossés par temps sec, Les sacs en plastiques des super marchés qui collent et sont difficiles à ouvrir, Un ballon de baudruche qui reste "collé" à vous ou au plafond,

5 Jet d eau courbé Frotte une cuillère en plastique avec un chiffon de laine. Ouvre le robinet d'eau froide et laisse couler un jet assez fin. Approche ta cuillère de l'eau. Observation : Le jet est attiré par la cuillère et forme un coude. Haute tension Pose une grille métallique sur un verre sec. Frotte vigoureusement un ballon gonflé d'air sur un chiffon de laine et pose-le sur la grille. Si tu approche ton doigt du bord de la grille, Observation : un éclair jaillit. Poivre et sel Éparpille du sel sur une table et mélanges-y un peu de poivre moulu. Comment séparer le poivre du sel? Prends une cuillère en matière plastique et frotte-la avec un chiffon de laine, puis tiens-la au-dessus du tas de sel et de poivre mélangés. Observation : Les grains de poivre vont sauter sur la cuillère et y rester collés. Tir de pop-corn Frotte une cuillère en plastique avec un chiffon de laine afin de la charger d'électricité. Tiens cette cuillère au-dessus d'une assiette remplie de pop-corn. Observation : Ils vont bondir et se coller à la cuillère, puis, brusquement, ils vont jaillir dans toutes les directions.

6 II. L électricité en chimie: II.1 La pile volta : Histoire : En 1786, Luigi Galvani observe que les muscles d'une cuisse de grenouille se contractent quand elle est mise en contact avec des métaux, de la même manière que lorsqu'on la branche sur une machine électrostatique. Il découvre que la réaction est plus forte quand il utilise un instrument composé de deux métaux différents. En opposition avec les travaux de Galvani (électricité d'origine animale), Alessandro Volta invente la première pile à colonne le 17 mars ; ces premiers systèmes étaient constitués d'un «empilement» de disques de deux métaux différents séparés par des disques de feutre, imbibés d'acide, d'où le nom de l'invention. Matériel: fils électriques + pinces crocos + plaques de cuivre et plaques de zinc + vinaigre ou solution acide (sulfurique) + Buvards ou papier filtre + diode électroluminescente. La manipulation : Imbiber les buvards de vinaigre On empile une plaque de zinc ensuite une de cuivre et enfin un carré de papier buvard imbibé et ainsi de suite On prend les 2 fils et on accroche une extrémité en haut et une extrémité en bas de notre pile les 2 extrémités libres sont accrochées à la diode. Observations : La diode s allume. Remarque : A la borne positive appelée anode : Cu e - ---> Cu A la borne négative appelée cathodes : Zn ---> Zn e -

7 II.2 L accumulateur au plomb : Matériel : 2 plaques de plomb, des béchers + ampoule + fils électriques + pinces crocos, 1 voltmètre + 1 ampèremètre + acide sulfurique à 1mol/L. Fonctionnement de l accumulateur au plomb : Charge de l accumulateur Décharge de l accumulateur L acide sulfurique attaque les deux plaques libérant ainsi des ions Pb 2+. Il y a formation d un oxyde de plomb et de plomb. La réaction n est pas spontanée, elle est forcée : on parle d électrolyse. Equation : 2 Pb H 2 O = PbO 2 + Pb + 4 H + On constate que l ampoule brille. Il se passe les réactions inverses que pour la charge, qui sont elles, spontanées. Il y a destruction du plomb et de son oxyde. Equation : PbO 2 + Pb + 4 H + = 2 Pb H 2 O Cet accumulateur peut donc fonctionner de deux façons :