L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 1
1. L organisation de la matière p.28 à 44 1.1 Le modèle atomique de Rutherford-Bohr-1911 Les points les plus importants 1. 2. 3. 4. 5. Découverte du noyau dense et massif qui contient des protons. Le nombre de protons correspond au numéro atomique de l élément. Les électrons circulent dans une région à proximité du noyau. Bohr définit les niveaux d énergie (les couches électroniques) Configuration électronique : 2é, 8é, 8é pour les 3 premières couches électroniques. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 2
1.2 La notation de Lewis La notation de Lewis est une façon de représenter un atome d un élément en illustrant les électrons de sa couche périphérique à l aide de points disposés autour de son symbole chimique. 1.2.1 Les électrons de valence Les électrons de valence sont les électrons présents sur la couche périphérique d un atome. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 3
1.2.2 Les règles de notation Les électrons de valence sont représentés par des points. 1. 2. On place les points autour du symbole atomique en formant le signe de la croix (en haut, en bas, à droite, à gauche on recommence si plus de 4 électrons) Exemples L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 4
1.3 Les familles et les périodes du tableau périodique Le tableau périodique regroupe les éléments en famille (colonne) et en période (lignes) selon qu ils présentent des propriétés semblables. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 5
1.3.1 Les métaux, les non métaux et les métalloïdes Les métaux (bleu) Réagit avec l acide Ductile Bonne conductibilité (thermique, électrique) Malléabilité Éclat métallique Les non métaux (orange) Contraire des métaux Les métalloïdes (vert) Possèdent à la fois certaine des propriétés des métaux et des non métaux. ex. : le sillicium : bon conducteur d électricité, mais mauvais conducteur thermique. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 6
1.3.2 Les familles du tableau périodique (colonne) Les familles chimiques sont des groupes d éléments qui présentent des propriétés chimiques et physiques similaires et ils possèdent tous le même nombre d électrons de valence (numéro de la famille = nb d éléctons de valence) L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 7
Famille 1 : alcalins Première colonne du tableau périodique Métaux qui réagissent fortement avec l eau. Famille 2 : alcalino-terreux Deuxième colonne du tableau périodique Famille 7 : halogènes Septième colonne du tableau périodique Famille 8 : gaz rares ou inertes Huitième colonne du tableau périodique 1.3.3 Les périodes du tableau périodique Le tableau périodique comprend 7 rangées qui correspondent aux périodes. Chaque période indique le nombre de couches électroniques (niveaux) contenue dans un atome. 2. L électricité p.174 à 203 L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 8
2.1 La charge électrique La charge électrique est une propriété de la matière dont on distingue deux types : charge positive (proton) et charge négative (électron). Un objet est neutre lorsqu il comporte autant de charges positives et négatives. La loi des charges électriques Les charges de signes opposés s attirent tandis que les charges de même signe se repoussent. 2.1.1 Les isolants électriques, les conducteurs, les semiconducteurs et les supraconducteurs La conductibilité électrique est une propriété physique de la matière qui décrit la capacité d une substance ou d un matériau à laisser circuler des charges électriques (électrons). Isolant électrique Substance qui ne conduit pas les électrons (électricité) Ex. : céramique, plastique, caoutchouc, etc. Conducteur électrique : Substance qui conduit bien l électricité. Ex. : Métaux, les solutions électrolytes L or est le meilleur conducteur, suivit par le cuivre. Semi-conducteur L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 9
Substance qui conduit mal l électricité. Sert principalement à faire : Diode (DEL), transistor (Radio), circuit imprimé (Ordinateur) Supraconducteur Substance qui conduite l électricité presque sans contrainte. Il faut cependant les refroidir à de très basse température (-100 c) Ex. : MAGLEV 2.1.2 La charge électrique d un objet Il y a trois façons de charger un objet électrique : par frottement, par induction et par contact La charge par frottement En frottant deux matériaux différents, il y a transfert d électron de un à l autre. Après le frottement un objet devient électriquement chargé négatif et l autre chargé positif. On mesure la charge électrique (q) d un objet en Coulombs (C). Un coulomb = 6.25x10 18 électrons L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 10
2.2 L électricité statique Forme d électricité qui apparaît à la suite de frottement entre deux substances ou matériaux. Lorsqu il y a trop d électricité statique accumulée, une décharge électrique peut se produire, choc électrostatique. La foudre est un exemple de décharge électrostatique lorsqu il y a une trop grande quantité de charges accumulées dans les nuages. 2.3 Les circuits électriques Un circuit électrique est un ensemble de composants électriques reliés parcourues par un courant électrique. Voir page 187 du manuel Synergie Source + - Fusible Ampoule Ampèremètre A Résistor Interrupteurs Voltmètre Ohmmètre V Ω Batterie / pile Fil L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 11
2.3.1 Les circuits en série Un circuit en série offre un seul chemin au courant électrique. 2.3.2 Les circuits en parallèle Un circuit en parallèle offre plusieurs chemins au courant électrique. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 12
2.4 La loi d Ohm Le courant électrique est le passage des électrons dans un circuit. convention le courant circule de la borne positive vers la borne négative. Par Le courant continu (pile, batterie) se déplace dans un seul sens ; de la source à l appareil pour faire un boucle. Le courant alternatif (prise électrique) est un va-et-vient des électrons. 2.4.1 L intensité du courant (I) Intensité : Quantité de charges (électrons) qui passe en un point en 1 seconde. Formule I = U/R Unités I : Intensité en ampère (A) U : Tension en volt (v) R : résistance en ohm (Ω) Il faut connecter l ampèremètre comme ceci: A L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 13
2.4.2 La tension électrique ou la différence de potentiel (U) La tension électrique ou différence de potentiel est la différence entre l énergie des charges à l entrée et à la sortie d un appareil. Formule U = R I Unités I : Intensité en ampère (A) U : Tension en volt (v) R : résistance en ohm (Ω) Il faut connecter le voltmètre comme ceci: L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 14
2.4.3 Lien entre le courant, l énergie et la tension électrique. Formule ΔE = UI Δt Où : ΔE : variation de l énergie en joule (J) U : tension en volt (v) I : Intensité en ampère (A) Δt : variation du temps en seconde (s) Exemples A) Quelle est la quantité d énergie consommée en 8 heures par une ampoule traversée par un courant de 5A, si ta tension est de 120V? Réponse : 17 280 000 J B) Quelle est la tension aux bornes d un séchoir à cheveux traversé par un courant de 5A pendant 540 s, s il consomme 32 000 J? Réponse : U = 11,85 V L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 15
2.4.4 La résistance (R) La résistance électrique est l opposition rencontrée par le flux de charges électriques le long d un circuit. Formule R = U/I Unités I : Intensité en ampère (A) U : Tension en volt (v) R : résistance en ohm (Ω) La conductance (G) La conductance électrique est la capacité de laisser passer le flux de charges électriques le long du circuit. Formule G = I/U et G = 1/R Unités I : Intensité en ampère (A) U : Tension en volt (v) G : conductance en siemens (s) L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 16
Exemples a) Quelle est la résistance d une ampoule reliés à une source de 120V et traversée par un courant de 2.5A? R = 48 ohms b) La résistance d un haut-parleur est de 8OΩ, alors que la radio est branchée sur une source d alimentation de 6V. Quelle est l intensité maximale de courant pouvant parcourir le haut-parleur? I = 0,075 A L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 17
2.5 La relation entre la puissance (P) et l énergie électrique La puissance électrique est la quantité d énergie électrique consommée ou fournie par un appareil électrique par unité de temps. Formule P = U I ΔE = P Δt Unités I : Intensité en ampère (A) U : Tension en volt (v) P : Puissance en watt (W) Exemple a) Quel est le courant qui traverse un four micro-onde de 1500W utilisé sous une tension de 120V? I = 12,5 A L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 18
Tableau récapitulatif des données en électricité Grandeur de base Symbole Appareil de mesure Unité Symbole de l unité Tension ou U Voltmètre Volt V Différence de potentiel Intensité I Ampèremètre Ampère A Résistance R Ohmmètre Ohm Ω Conductance G Siemens S Puissance P Watt W L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 19
L électromagnétisme p.209 à 215 3.1 Les forces d attraction et de répulsion Les forces d attraction et de répulsion sont des forces magnétiques qui attirent ou qui repoussent certains matériaux à distance. On peut donc classer les matériaux en deux catégories : les magnétiques (fer, nickel, etc.) et les non magnétiques (bois, céramique, etc.). 3.1.1 Les pôles magnétiques L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 20
3.2 Champ magnétique d un fil parcouru par un courant Règle de la main droite : sens des lignes de champs. Le pouce de la main droite représente le fil et est pointé dans le sens du courant. Les autres doigts s enroulent dans le sens des lignes de champs L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 21
4. Les transformations d énergie p.152 à 156 4.1 Distinction entre chaleur et température La température est une mesure du degré d agitation des atomes et des molécules. Elle se mesure en C et avec un thermomètre La chaleur est l énergie thermique que le mouvement des molécules procure. Elle se mesure en Joules (J) 4.2 Loi de la conservation de l énergie L énergie ne peut être ni créée ni détruite, mais seulement se transformée. Formule L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 22
4.3 Rendement énergétique Le rendement énergétique est le pourcentage de l énergie consommée qui a été transformé en énergie utile. Formule Exemple a) L élément chauffant d une cuisinière électrique fourni 2000J à une casserole pour faire bouillir de l eau. Si l eau n a absorbé que 500J d énergie thermique, quel est le rendement énergétique de ce système? L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 23
5. Lithosphère p.306 à 313-323 C est la couche de terre. Elle est faite de différentes couches de sol qu on distingue par leur épaisseur et leur composition. On les appelle : horizon de sol L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 24
5.1 Les minéraux Les minéraux sont des éléments ou des composés chimiques qui entrent dans la composition des roches et des sols. 5.1.1 Les propriétés des minéraux Structure cristalline : forme géométrique du cristal Couleur : sa couleur Éclat : capacité de réfléchir la lumière Clivage : façon dont il se divise Dureté : capacité de résister aux rayures Trait de couleur : couleur de sa poudre 5.1.2 Les principales ressources minérales Les minéraux métalliques : fer, cuivre, nickel, or, zinc Les minéraux industriels : talc, halite (sel de table), graphite Les minéraux de constructions : calcaire, granite, sable Les matériaux combustibles : pétrole, gaz naturel, minerai radioactif L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 25
6. Espace p.232 à 238 6.1 Flux énergétique émis par le Soleil Le flux d énergie émis par le Soleil est l ensemble du rayonnement électromagnétique qui s échappe en permanence de la couche superficielle du Soleil pour se propager dans l espace. 6.1.1 L insolation L insolation est la quantité de rayonnement solaire reçue à la surface de la Terre. Elle varie selon trois facteurs : latitude terrestre, les saisons et l interaction entre l atmosphère, l hydrosphère et la lithosphère. Plus l angle est faible, plus l insolation est grande. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 26
6.2 Système Terre-Lune Cette relation est caractérisée par une interaction gravitationnelle dont l une de ces manifestations est les marées. Les marées sont les mouvements verticaux périodiques du niveau de la mer, qui résultent de l attraction de la Lune et du Soleil. La position de la Terre est de la Lune sont responsable de l amplitude des marées. On peut même faire de l électricité avec le mouvement des marées, on appelle ces centrales des centrales marémotrices. L. Bigras et J. Brunet, 2011-2012 27