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Les charges électriques et l'électricité statique
Les charges électriques et l'électricité statique
Tel que vu au chapitre 1, les atomes possèdent des charges électriques. Les électrons sont chargés négativement, tandis que les protons sont chargés positivement. Normalement, un atome possède autant de charges positives que négatives. Si ce n'est pas le cas, la substance composé de ces atomes sera chargé électriquement.
Les électrons situés sur la dernière couche électronique sont les seuls à pouvoir se déplacer d'un atome à l'autre. Ce sont les électrons de valence.
Dans un circuit électrique, ces électrons se déplacent librement à l'intérieur des matériaux conducteurs (généralement des métaux) en formant une boucle. On parle alors d'électricité dynamique.
À l'inverse, lorsque les électrons se déplacent d'un corps vers un autre, mais qu'ils ne circulent pas, on parle d'électricité statique.
L'électricité statique
L'électricité statique
Pour déterminer quel matériau est le receveur et quel matériau est le donneur, on peut consulter un tableau d'affinité électronique.
Électrisation par frottement
L'ébonite est située plus haute que la soie dans la série électrostatique. Si on frotte les deux substances ensemble, l'ébonite aura tendance à recevoir les électrons de la soie, placé plus bas dans la liste. L'ébonite sera chargée négativement, alors que la soie sera chargée positivement.
Électrisation par induction
Électrisation par contact
Avant de continuer, tu dois compléter les pages 60 à 63 du cahier Observatoire 4 ST
Les circuits électriques et la loi d'Ohm
Les circuits électriques et la loi d'Ohm
Les circuits électriques
Les circuits électriques
Les appareils fonctionnant à l'électricité possèdent tous un circuit électrique. Celui-ci doit minimalement être constitué des éléments suivants:
Une source de courant: C'est la source d'énergie électrique. Elle peut fournir du courant alternatif (prise de courant) ou du courant continu (pile). On la définit selon la différence de potentiel qu'elle peut fournir en Volts (120V pour les prises murales, 1,5V pour les piles AA).
Un élément résistant: C'est l'appareil qui utilise l'énergie électrique (élément chauffant, ampoule, moteur). On peut la définir selon la puissance électrique qu'elle utilise en Watts (W) ou selon la valeur de résistance qu'elle oppose au passage de l'électricité en Ohm (Ω).
Des fils conducteurs: Ce sont des matériau conducteurs qui acheminent l'électricité de la source aux différentes composantes du circuit. Ce sont en général des fils métalliques, ou des traces métalliques sur un circuit imprimé.
Il existe différents types de circuits électriques. Les circuits en série et les circuits en parallèle en sont deux grandes familles.
Les circuits en série
Les circuits en série
Un circuit en série est un montage électrique dans lequel les éléments du circuit sont reliés les uns à la suite des autres. Le courant n’a alors qu’un seul chemin possible pour revenir à la source de courant.
Un ampèremètre se branche toujours en série.
Dans un circuit en série:
L'intensité du courant est constante partout dans le circuit.
It= IA= IB= IC
La tension de la source est égale à la somme des tensions de chacun des éléments résistants.
Ut=UA+ UB+ UC
Afin de mesurer l'intensité du courant dans un circuit, on utilise un ampèremètre. Cet appareil compte le nombre d'électrons qui circulent dans le circuit à chaque seconde. On doit donc faire passer les électrons dans l'appareil pour être en mesure de les compter. L'ampèremètre se branche alors en série dans le circuit. On doit ouvrir notre circuit électrique et faire passer le courant dans l'appareil.
Les circuits en parallèle
Les circuits en parallèle
Un circuit en parallèle est un montage électrique dans lequel les appareils sont placés parallèlement les uns aux autres. Le courant peut revenir à la source par plusieurs chemins différents.
Un voltmètre se branche toujours en parallèle.
Dans un circuit en parallèle:
L'intensité du courant totale est égale à la somme des intensités du courant dans chacune des branches du circuit.
It= IA+ IB+ IC
La tension de la source est égale à toutes les tensions de chacun des éléments résistants.
Ut= UA= UB= UC
Afin de mesurer la tension dans un circuit, on utilise un voltmètre. Cet appareil mesure la différence de charges électriques présente entre deux points du circuit. Il est donc nécessaire de mettre les sondes du voltmètre à deux points différents du circuit, habituellement autour de la composante électrique que l'on souhaite mesurer. Le voltmètre se branche alors en parallèle dans le circuit. Ici, il n'est pas nécessaire d'ouvrir le circuit pour prendre notre mesure, il suffit de brancher nos deux sondes à deux endroits différents du circuit.
Avant de continuer, tu dois compléter la page 95 #1 à 4 du cahier Observatoire 4 ST
La loi d'Ohm
La loi d'Ohm
La loi d'Ohm définit le rapport entre les valeurs de tension, d'intensité du courant et de résistance d'un circuit. On la définit comme ceci:
U = R I
U correspond à la différence de potentiel (ou la tension) en Volt (V).
R correspond à la résistance en Ohm (Ω)
I correspond à l'intensité du courant en Ampère (A)
Pour produire le graphique ci-haut, il a fallu faire varier la tension à la source et mesurer l'intensité du courant à plusieurs reprises (dans ce cas-ci, 6 fois). En calculant la pente de la droite obtenue, on obtient la valeur de la résistance totale du circuit. Il s'agit de la méthode de résolution graphique.
Laboratoire virtuel: Loi d'Ohm
Laboratoire virtuel: Loi d'Ohm
La loi des puissances
La loi des puissances
La loi des puissances définit le rapport entre les valeurs de tension, d'intensité du courant et de puissance d'un circuit. On la définit comme ceci:
P = U I
P correspond à la puissance en Watt
U correspond à la différence de potentiel (ou la tension) en Volt (V).
I correspond à l'intensité du courant en Ampère (A)
L'énergie consommée
L'énergie consommée
Lorsque l'on veut calculer notre consommation d'énergie électrique, il est important de bien prendre en considération deux facteurs:
La puissance de l'appareil en fonction mesuré en Watt.
Le temps d'utilisation de l'appareil.
Un appareil très énergivore comme un four à micro-ondes peut avoir une puissance allant jusqu'à 1000W. Cependant, cet appareil n'est utilisé que quelques minutes à la fois. Sa consommation d'énergie aura donc un impact faible sur la facture d'électricité.
Une ampoule à incandescence de 100W peut nous laisser penser qu'elle aura moins d'impact sur cette facture par rapport au four à micro-ondes. Hors, cette ampoule peut rester allumer des heures entières durant une journée normale. Son impact sera donc plus grand sur la consommation d'énergie totale.
Une règle mathématique peut nous indiquer la quantité d'énergie consommée d'un circuit électrique en Joule (J) ou en kilowattheure (kWh). On la définit comme ceci:
E = P △t
E correspond à l'énergie consommée en Joule (J).
P correspond à la puissance en Watt (W).
△t correspond à la durée de temps d'utilisation de l'appareil électrique en secondes (s)
*Pour avoir une valeur d'énergie consommée en kilowattheure (kWh), on doit utiliser une valeur de △t mesurée en heure (h) et une valeur de puissance en kilowatt (kW).
1h = 3600s
1kW = 1000W
Nous obtenons donc l'équivalence suivante:
1kWh = 3 600 000J
Avant de continuer, tu dois compléter les pages 95 à 103 du cahier Observatoire 4 ST
Le magnétisme et l'électromagnétisme
Le magnétisme et l'électromagnétisme
Les aimants
Les aimants
Le magnétisme est l'ensemble des phénomènes provoqués par les champs magnétiques, qu'ils soient originaire d'un aimant, d'un corps céleste ou d'un courant électrique.
Certaines caractéristiques définissent les aimants:
Le champ magnétique représente la région de l'espace affecté par l'aimant, où celui-ci agit.
On identifie les côtés d'un aimant par leur polarité, un pôle sud et un pôle nord. Des pôles contraires s'attirent, des pôles identiques se repoussent.
Par convention, les lignes de champs magnétiques partent toutes du pôles nord pour se diriger vers le pôle sud de l'aimant.
L'aiguille d'une boussole pointera dans la même direction que les lignes de champs magnétiques. Le pôle nord géographique est en réalité un pôle sud magnétique!
Les métaux affectés par les aimants sont le cobalt (Co), le nickel (Ni) et le fer (Fe).
Le champ magnétique d'un fil électrique
Le champ magnétique d'un fil électrique
Un courant électrique circulant dans un fil génère automatiquement un champ magnétique. Quand le courant cesse, le champ magnétique disparaît aussitôt. Le contraire est également vrai, un champ magnétique près d'un fil électrique y induira un courant électrique. C'est grâce à ce principe qu'on peut transformer de l'énergie mécanique en énergie électrique et vice-versa.
La règle de la main droite permet de déterminer la direction des lignes du champ magnétique généré dans un fil où circule un courant.
Le pouce pointe dans le sens du courant. Il pointe vers le - du circuit.
Les doigts enroulant le fil indique le sens des lignes de champ magnétique.
Plus l'intensité du courant est grande, plus le champ magnétique est puissant.
Avant de continuer, tu dois compléter les pages 105 à 107 du cahier Observatoire 4 ST
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