Série d'exercices : Électricité dans notre environnement - 2nd L

 

Pour protéger les installations, on utilise cette attirance vers les objets pointus en installant un paratonnerre. 

 

C'est une grosse tige métallique dressée sur le toit et reliée à la terre par un conducteur. 

 

Son rôle est d'acheminer les charges électriques vers la terre.

 

Enfin on entend, lors d'un orage, un roulement caractéristique : le tonnerre. C'est le bruit produit par les vibrations des couches d'air chauffées et comprimées par le passage de l'éclair.

 

      (D'après la collection DURANDEAU Sc. Physiques 4ème page 65)

 

1. Donner un titre à ce texte

 

2. Comment apparaissent les charges électriques dans les nuages ?     

 

3. Quelles sont les interactions entre charges électriques.

 

4. En vous appuyant sur ces interactions, expliquer le phénomène de l'éclair.

 

5. Quelle différence existe-t-il entre l'éclair et la foudre ?

 

6. Où la foudre "tombe" -t- elle de façon privilégiée ? Pourquoi ?

 

7. Qu'est-ce que le tonnerre ?

 

Est-il prudent, pour être à l'abri de la pluie par un violent orage, de se mettre sous un arbre isolé.

 

Justifier la réponse

Compléter le tableau suivant avec les mots : attraction ou répulsion

$$\begin{array}{|l|l|l|l|} \hline &\text{Règle en plexiglas}&\text{Règle en ébonite}&\text{Règle en verre}\\ \hline \text{Règle en plexiglas}&&&\\ \hline \text{Règle en ébonite}&&&\\ \hline \text{Règle en verre}&&&\\ \hline \end{array}$$

Le moyen usuel et le plus simple pour électriser un corps consiste à le frotter : dans les machines électriques du $XVIII^{e}$ siècle, c'est un disque ou un globe de verre frotté qui permet d'électriser d'autres corps par contact.

 

Un autre procédé, très marginal, est signalé par Dufay en $1737$ lorsqu'il rapporte une expérience controversée de Stephen Gray, un "planétarium" électrique dans lequel un pendule tourne au-dessus d'une galette de résine électrisée. 

 

Selon Gray, pour la réussite de l'expérience, "il ne fallait pas frotter circulairement [la galette de résine], comme on aurait été naturellement disposé à le faire, il ne fallait pas même la frotter, mais seulement la frapper perpendiculairement avec la main tant par-dessus que par dessous." 

 

Mais Dufay ne réussit pas à reproduire les particularités de l'expérience de Gray. 

 

C'est l'occasion pour lui de rapprocher les deux modes d'électrisation, l'électrisation par frottement lui "paraissant être plus vive et durer plus longtemps" que par battage. 

 

Ce procédé d'électrisation par battage n'est que très rarement mentionné par la suite.

 

L'électrisation par chauffage, observée avec la tourmaline, et étudiée par Franz Aepinus au milieu du siècle, ne concerne que quelques cristaux. 

 

Lors du chauffage, le cristal acquiert une électrisation positive sur une face et une électrisation négative sur la face opposée, mais il reste globalement neutre. Enfin les changements d'état (vaporisation, solidification), le clivage des cristaux et quelques autres phénomènes physiques ou chimiques sont connus au $XVIII^{e}$ siècle pour faire apparaître des électrisations mais celles-ci sont de faible intensité.

 

1. Donner un titre à ce texte

 

2. Quels les modes d'électrisation citées dans le texte ?

 

3. Définir les termes soulignés du texte 

 

4. L'électrisation par chauffage ressemble à un autre mode d'électrisation. Lequel ? 

Un bâtonnet de matière plastique chargé négativement est suspendu par des fils isolants. 

 

On approche de l'une de ses extrémités une tige métallique neutre tenue par l'intermédiaire d'un manche isolant.

 

La tige et le bâtonnet s'attirent.

 

1. Expliquer cette attraction.

 

2. Si le bâtonnet avait été chargé positivement, qu'aurait-on observé ?

1. Décrire une expérience simple pour mettre en évidence le phénomène d'électrisation. 

 

2. Citer les modes d'électrisation, qui ont été vus au cours. 

 

3. Au niveau microscopique, tout phénomène d'électrisation peut être expliqué par quoi ? 

Répondre par vrai ou faux et corriger si la réponse est fausse

 

1. Par temps sec et après frottement, une baguette en verre tenue à la main garde sa charge ; alors qu'une baguette en cuivre tenue à la main perd sa charge.

 

2. Par contact avec un corps $A$ déjà chargé, un corps $B$ se charge d'électricité de même signe que celle du corps $A.$

 

3. Si on relie à la Terre un corps chargé positivement par un fil conducteur, les charges positives s'écoulent vers la Terre.

Choisir le ou les mots exacts.

 

1. Deux corps frottés l'un contre l'autre puis séparés deviennent électrisés. 

 

Leurs charges sont (de même signe/de signes contraires).

 

2. Un corps isolant (permet/ne permet pas) un déplacement de charges électriques.

 

3. Dans un corps conducteur électrisé, les charges (restent localisées/se répartissent sur tout le corps).

 

4. L'électrisation par frottement est expliquée par un transfert (d'électrons/de charges positives) d'un corps à un autre.

Trois sphères identiques conductrices $A$, $B$ et $C$ portent les charges électrique respectives: $q_{A}=q$ ; $q_{B}=-2q$ et $q_{C}=3.2\cdot 10^{-6}C.$

 

1. La sphère $A$ est frottée contre un tissu électriquement neutre. 

 

1.1. Préciser la méthode utilisée pour électriser cette sphère. 

 

1.2. Si on approche le tissu à la sphère $A$, dire en justifiant la réponse qu'est-ce qu'il va passer. 

 

2. On rapproche $A$ et $B$, elles s'attirent lorsqu'elles sont suffisamment proche, entrent en contact, puis se repoussent.

 

2.1. Donner le nom de l'action mutuelle entre deux corps chargés. 

 

2.2. Calculer en fonction de $q$ les charges $q'_{A}$ et $q'_{B}$ portées par les deux sphères après contact.

 

3. On observe que la sphère $B$ $\left(\text{portant la charge }q'_{B}\right)$ attire alors la sphère $C$ puis entre en contact $B.$

 

On n'observe alors ni attraction, ni répulsion entre $B$ et $C$ après le contact.

 

En déduire la valeur et le signe de chacune des charges $q'_{A}$ ; $q'_{B}$ ; $q_{A}$ et $q_{B}$

1. Si l'on veut électriser une tige métallique, on doit la tenir par un manche isolant. 

 

Pourquoi ? 

 

2. Il existe plusieurs méthodes pour vérifier si un corps est électrisé ou non. Lesquelles connais-tu ? 

 

3. Déterminer la quantité de charge électrique d'un corps auquel on a arraché par frottement $5\cdot 10^{10}$ électrons. 

1. Le plateau d'un électroscope déchargé est mis en contact avec une baguette de verre électrisée. 

 

Que se passe-t-il ? 

 

Expliquer. 

 

2. Un électroscope a été chargé par contact avec une baguette en ébonite. 

 

On met le plateau de l'électroscope en contact avec : 

 

2.1. Un stylo en matière plastique électrisé ; 

 

2.2. Une baguette en verre frottée. 

 

Que se passe-t-il ? 

 

Explique !

 

3. Pour décharger un électroscope, on le touche avec le doigt. 

 

Pourquoi ?