Petites expériences d électricité statique

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1 statique Objectifs de l activité Objectifs spécifiques. S approprier un texte scientifique, reproduire une expérience à partir d un texte, présenter une expérience à ses camarades, donner des explications claires à partir d un vocabulaire adapté. Temps prévu 1 à 2 fois 45 minutes ou plusieurs fois minutes Situation ou problème L enseignant dit aux élèves : «Voici une fiche d expérience et le matériel nécessaire. Réalisez l expérience décrite et essayez de comprendre les explications. Vous devrez ensuite refaire l expérience devant vos camarades, expliquer le phénomène et répondre aux questions.» Remarques Il est possible de consacrer un cours entier à ces expériences, ou de distribuer une de ces fiches chaque fois qu un groupe a terminé avant les autres. Il faut 10 à 15 minutes environ pour s approprier l expérience et 5 minutes pour la présenter et répondre aux questions. Le matériel à utiliser étant élémentaire, chaque salle d OS peut être équipée d un bac contenant ce matériel. Il pourra ainsi être utilisé chaque fois que les conditions s y prêtent. 89

2 Matériel (prévu pour 14 élèves) 3 cuillères en plastique 10 chiffons de laine 1 chiffon en soie des ballons à gonfler 1 pot de confiture avec couvercle métallique 1 grille métallique 3 verres à eau 5 paires de ciseaux 1 pelle à tarte métallique 2 plateaux ou plaques en métal 1 plaque de verre sagex poivre gros sel ficelle fil de cuivre papier d aluminium stylo en plastique ou peigne disque en vinyle pop-corn papier de soie 90

3 Jet d eau courbe Expérience 1 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. Le jet est attiré par la cuillère et forme un coude. La charge d'électricité attire les particules d'eau non chargées. Mais si la cuillère elle-même entre en contact avec l'eau, aussitôt le prodige disparaît. L'eau est un bon conducteur et retire à la cuillère sa charge électrique. Même les minuscules particules d'eau contenues dans l'air se chargent d'électricité : c'est pourquoi les expériences sur l'électricité statique réussissent particulièrement bien les jours de beau temps et dans une pièce bien chauffée. Matériel : cuillère en plastique, chiffon de laine. Poivre et sel Expérience 2 Éparpille du gros 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. Les grains de poivre vont sauter sur la cuillère et y rester collés. Le frottement charge d'électricité la cuillère en matière plastique et attire ainsi le mélange. Si tu tiens la cuillère assez haut, seul le poivre va se coller sur la cuillère, car le sel, dont les grains sont plus gros, est plus lourd. Pour attirer également le sel, il te suffira de rapprocher encore la cuillère du mélange. Matériel : poivre, gros sel, cuillère en plastique, chiffon de laine. 91

4 Ballons ennemis Expérience 3 Gonfle deux ballons et attache-les avec des ficelles. Frotte-les contre un chiffon en laine et laisse-les ensuite pendre. Ils se repoussent. Les deux ballons se sont chargés, par frottement, d'électricité négative, car ils ont capté des électrons sur le chiffon. Étant donné qu'il a donné des électrons, le chiffon possède une charge positive. Une charge positive et une charge négative s'attirent : par conséquent, les ballons vont se coller au chiffon. Inversement deux charges identiques se repoussent : c'est pourquoi les deux ballons s'écartent l'un de l'autre. Matériel : ballons, ficelle, chiffon de laine. Haute tension Expérience 4 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 approches ton doigt du bord de la grille, un éclair jaillit. Il se produit un équilibre de tension entre le métal et ton doigt. Bien que l'éclair décharge une tension de quelques milliers de volts, il est tout aussi inoffensif que les étincelles qui se produisent lorsqu'on se peigne les cheveux. Un chercheur américain a calculé qu'il faudrait caresser la fourrure d'un chat environ fois pour obtenir la quantité de courant suffisante pour faire briller une ampoule de 75 watts pendant une minute. Matériel : ballon, chiffon de laine, ficelle, grille métallique, verre, ciseaux. 92

5 Coup de foudre Expérience 5 Sur un verre sec, pose une pelle à tarte en métal et place dessus un morceau de sagex que tu auras vigoureusement frotté sur un chiffon de laine. Si tu approches ton doigt du manche de la pelle à tarte, un éclair jaillit. Lorsqu'on place la matière synthétique chargée négativement sur la pelle à tarte, les électrons négatifs du métal sont repoussés jusque dans l'extrémité du manche. C'est à cet endroit que s'effectue l'équilibre des charges électriques. Les matières synthétiques se chargent fortement d'électricité. Matériel : verre, pelle à tarte métallique, sagex, chiffon de laine. Ballons adhésifs Expérience 6 Gonfle quelques ballons et frotte-les pendant quelques instants contre un chiffon en laine. Si tu les lâches ensuite dans la pièce, ils vont aller se coller au plafond et y rester pendant des heures. Le frottement charge les ballons d'électricité. Ils prennent sur le chiffon des petites particules électriques négatives, les électrons. Étant donné que les corps chargés d'électricité attirent ceux qui ne le sont pas, les ballons adhèrent au plafond jusqu'à ce que les charges d'électricité s'équilibrent de part et d'autre. Dans un air ambiant sec, ce phénomène peut se prolonger pendant des heures, car les électrons ne se déplacent que lentement le long du plafond qui n'est pas bon conducteur. Matériel : chiffon de laine, ballons, ficelle, ciseaux. 93

6 Modèle simple d électroscope Expérience 7 Perce le couvercle métallique d'un pot de confiture et passe dans le trou un fil de cuivre dont l'extrémité est recourbée en forme de crochet. Isole le fil du couvercle avec de la pâte à modeler. Sur le crochet, suspends une bande de papier d'aluminium. Approche un stylo chargé d'électricité statique par frottement sur de la laine (tu peux également te servir d'un peigne) : la bande de papier pliée en deux va s'ouvrir. Par contact avec un objet chargé d'électricité, les électrons parcourent le fil de cuivre et atteignent les deux bouts de la bande de papier d aluminium. Ces deux bouts possèdent la même charge, ils se repoussent. Matériel : pot de confiture avec couvercle métallique, chiffon de laine, fil de cuivre, papier d aluminium, stylo en plastique ou peigne, ciseaux. Puces électriques Expérience 8 Frotte un vieux disque 33 T avec un chiffon de laine et pose-le sur un verre sec. Lance quelques boulettes en papier d'aluminium sur le disque : celles-ci vont se mettre à sauter dans tous les sens. II suffit que tu touches les boulettes avec le doigt pour qu'elles se mettent à zigzaguer comme des puces. L'électricité statique obtenue par frottement se répartit en champs irréguliers à la surface du disque. Les boulettes de papier d'aluminium absorbent la charge et se repoussent les unes les autres, mais elles sont en même temps attirées par les champs qui possèdent une charge électrique d'intensité différente. Si deux boulettes se touchent, elles se repoussent immédiatement. Matériel : verre, disque en vinyle, papier d aluminium, chiffon de laine 94

7 Tir de pop-corn Expérience 9 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. Ils vont bondir et se coller à la cuillère, puis, brusquement, ils vont jaillir dans toutes les directions. Le pop-corn est attiré par la cuillère chargée d'électricité et pendant un moment il y reste collé. Durant cette première phase, une partie des électrons passent de la cuillère dans le popcorn jusqu'à ce que tous les pop-corn aient la même charge d'électricité. Étant donné que des charges identiques se repoussent, on assiste alors à un magnifique feu d'artifice. Matériel : cuillère en plastique, chiffon de laine, pop-corn. La danse des poupées Expérience 10 Découpe des figurines de 3 cm de hauteur et pose-les sur une plaque ou un plateau en métal. Place au dessus une plaque de verre soutenue par deux livres. Frotte le verre avec un morceau d'étoffe en soie : les figurines vont commencer à danser joyeusement. Elles se dressent, tournoient, retombent et se relèvent. Le frottement avec le tissu en soie a chargé la plaque de verre d'électricité ; celle-ci attire à elle les poupées, qui se trouvent à leur tour chargées d'électricité. Des charges de même signe se repoussant, les poupées retombent sur le plateau métallique, se déchargent de leur électricité et sont de nouveau attirées. Matériel : plateau ou plaque en métal, plaque de verre, papier de soie, chiffon en soie, ciseaux. 95

8 Couleuvre à collier Expérience 11 Dans une feuille de papier de soie de 10 cm sur 10 cm, découpe un serpent en forme de spirale, pose-le sur une plaque ou un plateau en métal et redresse sa tête. Frotte ton stylo avec un chiffon en laine et tiens-le au-dessus de la tête du serpent. Comme un serpent vivant, il va se dresser, puis reposer la tête selon que tu approches ou que tu éloignes ton stylo. Dans ce cas, le stylo a capté des électrons sur la laine et attiré à lui le papier qui n'est pas chargé d'électricité. Au contact du stylo, le papier prélève une partie de l électricité et la transmet aussitôt au couvercle en métal qui est un bon conducteur. À ce moment, comme il a de nouveau perdu toute son électricité, le papier est de nouveau attiré par le stylo. Ce phénomène se poursuit jusqu'à ce que le stylo ait perdu toute sa charge d'électricité. Matériel : papier de soie, plateau ou plaque en métal, stylo en plastique, chiffon en laine, ciseaux. 96

9 Notes personnelles 97

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