Electricite experiences

Pile au fromage

Pile au citron

Pile à la pomme de terre

Canette d’aluminium, C, CuSO4

Pile au crayon (carbone) et taille crayon (magnésium)...

Retour au portail des sciences

Retour au portail de l’électricité

Oxydation du fer

Avant la réaction

Le fer (Fe) est un métal, gris clair, ductile, brillant, magnétique, bon conducteur électrique (la réaction est même initiée par le passage du courant).

Pendant la réaction

Le fer devient incandescent. La lumière émise va du orange-jaune jusqu’au blanc. Le fer réagit avec le dioxygène présent dans l’air selon l’équation:

Après la réaction

L’énergie d’activation (flamme ou courant électrique) ne suffit pas à provoquer une réaction complète. La réaction s’arrête d’elle-même après un certain temps hors de la flamme. Le produit de la réaction est un oxyde de fer: solide, gris bleuté, friable, de formule Fe3O4 (comme le minéral magnétite).

Fer

Oxyde de fer

Fabrication d’une pile

cuivre (Cu)

zinc (Zn)

cuivre (Cu)

magnésium (Mg)

Accumulateur au plomb : batterie 12V d’une voiture

Mesure de la tension d’une «pile»

Production d’électricité avec les muscles

manivelle

engrenages

générateur

ampoule 30W

fil conducteur

Fixation du générateur au bord d’une table.

Rotation de la manivelle avec l’ampoule dévissée:

la résistance du mécanisme est faible.

Rotation de la manivelle avec l’ampoule vissée:

la résistance est beaucoup plus grande. Les muscles du bras peinent à produire la lumière d’une petite ampoule 30W.

On comprend le rapport physique qu’il y a entre la production d’énergie lumineuse et la force musculaire nécessaire.

•

Notre radio peut fonctionner grâce à une pile 4,5 V mais aussi grâce à la force de nos muscles.

Pile 4,5V

Le panneau solaire

La voiture solaire

L’insecte électrique

Après avoir testé les différentes piles clique sur les pôles positifs (+) des piles suivantes :

Pour commencer nos expériences nous avons besoin d’un peu de matériel:

•

une ampoule

un socle

une pile 4,5 V

2 fils électriques

4 attaches parisiennes en guise de fiches

L'électricité produit de la lumière

Nous relions une ampoule à une pile sans utiliser les fils de façon à ce qu'elle produise de la lumière. L'ampoule ne s'allume pas si elle est reliée à un seul pôle de la pile.

L’ampoule consomme l’électricité produite par la pile.

Elle transforme l’énergie électrique en énergie lumineuse.

La partie de l'ampoule qui émet de la lumière s’appelle le filament.

Sur la video tu peux voir un filament s’allumer au ralenti.

Premier circuit électrique

On peut utiliser le socle ainsi que les 2 fils qui doivent être dénudés à leurs extrémités.

le socle

extrémités dénudées

une pince à dénuder permet de réaliser facilement cette opération. Mais on peut très bien y arriver avec une paire de ciseaux ou un couteau bien aiguisé.

Circuit ouvert ou fermé ?

Lorsque le circuit est fermé, le courant électrique passe: la lampe s'allume.

Si le circuit est ouvert le courant ne passe pas: la lampe est éteinte.

circuit fermé

circuit ouvert

L'interrupteur

L'interrupteur est un appareil qui permet d'ouvrir et de fermer notre circuit à volonté, sans avoir besoin de couper des fils. Un circuit muni d'un interrupteur se représente ainsi:

Circuit ouvert

Circuit fermé

A

B

Le circuit est ouvert entre A et B: le courant ne passe donc pas et l'ampoule est éteinte. Si nous relions A et B au moyen de divers objets de différentes matières, il y a 2 solutions:

L'ampoule s'allume, donc le corps étudié laisse passer le courant: c'est un conducteur électrique.

L'ampoule ne s'allume pas, donc le corps étudié ne laisse pas passer le courant: c'est un isolant électrique.

matière isolante

matière conductrice

Nous pouvons classer toutes les matières qu’on trouve autour de nous en 2 familles: conducteur et isolant.

fer, aluminium, acier, cuivre, laiton, nickel, zinc, étain, plomb, verre, caoutchouc, plastique, sel, eau pure, eau salée, graphite , bois sec, peau sèche, nylon, porcelaine, huile, granite, calcaire...

Nous voulons découvrir quels sont les corps conducteurs parmi tous ceux que nous connaissons. Pour y parvenir nous réalisons le montage suivant:

plastique

bois sec

acier

argent

aluminium

étain

laiton

cuivre

fonte

zinc

plomb

nickel

aluminium

latex

acier

graphite (mine)

tissu en coton

or

papier

granite (roche)

sagex

fer blanc

1.

2.

Tous les métaux étudiés (fer, aluminium, cuivre, laiton, étain, nickel, plomb, zinc et acier) sont conducteurs (d’électricité mais aussi de chaleur).

On utilise les métaux pour conduire l’électricité et le plastique pour isoler.

gaines isolantes en plastique

métal conducteur

Isolant ou conducteur ?

L’électricité doit pouvoir circuler d’un pôle de la pile à l’autre sans interruption. Si on débranche un fil, le courant électrique ne passe plus et la lampe s'éteint.

On peut facilement fabriquer un interrupteur avec un socle en carton et 2 attaches parisiennes.

A

B

Jusqu’à présent nous avons utilisé une pile 4,5 V. Il existe différentes piles et accumulateurs. Nous pouvons mesurer leur tension en branchant un voltmètre aux pôles.

Il faut sélectionner «courant continu» (DC) sur le voltmètre.

L’inventeur de la pile, Alessandro Volta (1745-1827), a réussi à produire de l’électricité en empilant des pièces de différents métaux séparés par des tissus imprégnés d’électrolytes (eau salée).

On peut créer des piles avec différents matériaux:

Le grand classique c’est la pile au citron avec les lames de 2 métaux: cuivre et zinc:

Montage en parallèle

Montage en série

Montage mixte

A

B

C

A

B

C

circuit en parallèle

circuit en série

L’expérience consiste à réaliser ces différents circuits et observer la lumière émise par les ampoules.

Circuit avec plusieurs générateurs

Lorsque je branche une ampoule sur une pile, elle brille normalement pendant un certain temps.

Lorsque je place 2 piles en parallèle, l’ampoule brille normalement mais 2 fois plus longtemps.

Lorsque je place 2 piles en série, l’ampoule ne brille pas plus longtemps mais 2 fois plus fort.

La pile 4,5V que nous utilisons est formée en réalité de 3 piles 1,5 V. Elles sont placées en série et nous pouvons la représenter par un schéma:

J’ai démonté une pile 9V pour voir comment c’est à l’intérieur. comment peut-on la représenter avec un schéma?

J’ai démonté un petit sac à rire. Essaie de reconnaître les éléments qui le constituent. Comment les piles boutons sont-elles placées?

Si on branche plusieurs consommateurs sur un seul générateur, il existe plusieurs façons de réaliser le circuit. Avec 3 ampoules A, B et C, nous obtenons 3 circuits différents:

Circuit avec plusieurs consommateurs

Etude de divers consommateurs d’électricité

Il faut passer par 11 postes différents et faire fonctionner les divers consommateurs. Il faut voir si le fait de changer la polarité (intervertir les fils) a un effet.

le train électrique

le smartphone

le vumètre

le moteur électrique

la perceuse-jouet

la sonnette électrique

la diode électroluminescente (LED)

le «buzzer»

le haut-parleur

l’ampoule 3,5 V

l’ampoule 12 V

l’électroaimant

le micro

le voltmètre

Remplissage d’une batterie au plomb 12V

La batterie au plomb est constitué de 6 cellules de 2V en série qui délivrent une tension totale de 12V.

les 6 cellules sont remplies avec 6 volumes d’acide sulfurique H2SO4

pôle

Chaque cellule est le lieu d’une réaction chimique:

plomb

dioxyde de plomb

acide sulfurique

sulfate de plomb

eau

Lorsque la cellule délivre du courant électrique, c’est le plomb qui fournit les électrons au pôle négatif: il s’oxyde. Lorsque les électrons ont parcouru le circuit électrique et qu’ils reviennent dans la cellule: ils réduisent le dioxyde de plomb.

la carcasse métallique est reliée à la terre

(câble jaune et vert)

entrée du courant alternatif 230V

interrupteur

ventilateur

alimentation du ventilateur en courant continu 5V

phase (câble brun)

neutre (câble bleu)

Si j’ouvre le boîtier d’un disque dur, je remarque que la carcasse métallique est reliée à la terre au moyen du fil vert.

Le tournevis testeur me permet de découvrir la borne reliée à la phase.

résistance

L'ampoule à incandescence a été inventée par Joseph Swan en 1878 et améliorée par Thomas Edison.

Lampe à incandescence “classique”

Les électrons (petites particules d’électricité) s’écoulent dans les parties conductrices du circuit. Le fil a toujours le même diamètre. Tout à coup les électrons arrivent dans le filament de l’ampoule: le chemin est subitement plus étroit. Le frottement des électrons dans la matière explique le dégagement de chaleur et de lumière.

Lampe halogène

La chaleur dégagée par une ampoule est un effet indésirable. Lorsqu'un matériau conducteur est parcouru par un courant électrique, il s'échauffe: c'est l'effet Joule (James Joule a découvert ce phénomène en 1841). Tous les appareils qui consomment de l'électricité s'échauffent donc. Cet effet est parfois désiré (radiateur électrique, grille-pain) mais il est le plus souvent inutile et même néfaste: c'est du gaspillage. On a donc inventé des lampes qui produisent plus de lumière et moins de chaleur que les ampoules classiques pour économiser l’électricité.

Le filament est en tungstène, un métal qui ne fond qu'à très haute température (plus de 5000 °C). Il est porté ici à 2700 °C. Le premier filament utilisé par Edison était une fibre de bambou carbonisée.

Le gaz contenu dans l'ampoule est du krypton, un gaz rare et inerte (de la même famille que l'hélium et le néon). On ne peut pas laisser de l'air dans l'ampoule car le filament brûlerait dans l'oxygène. Au début on faisait le vide dans l’ampoule mais le filament s’évaporait plus vite: il durait moins longtemps et le verre noircissait.

Le culot des lampes est standardisé: les différents fabricants produisent des lampes qui s’adaptent aux douilles de fixation.

ampoule de verre

(matière transparente)

filament

gaz emprisonné

culot à vis

plot

conditions normales d’utilisation :

3,5 V (tension en volt)

0,2 A (courant en ampère)

culot à baïonnette

La lampe halogène est une lampe à incandescence: la lumière est produite par le passage d’un courant électrique dans un filament. Elle fonctionne selon le même principe que la lampe à incandescence classique à quelques différences près:

l'ampoule est en quartz: elle résiste à de plus hautes températures mais elle est plus chère.

le gaz de remplissage est l'iode (de la famille des halogènes comme le fluor et le chlore)

le filament de tungstène est porté à 3000 °C.

1.

2.

3.

Tableau périodique des éléments :

la famille des halogènes (en bleu foncé).

2 pôles

Le tungstène

(symbole chimique W, de l’allemand wolfram)

Retrouve les parties de l’ampoule sur le dessin en coupe.

En rouge:

les parties conductrices

En vert:

les parties isolantes

Miroirs de lampes de poche

Le miroir parabolique

La boule à plasma

Mesure de puissance: le wattmètre

Des fiches et des prises

gaine isolante en plastique

métal conducteur

On ne peut pas brancher un micro directement dans un ordinateur, on doit passer par une interface: une MBox par exemple. Elle comporte différentes entrées à l'arrière. Nous avons utilisé les entrées XLR pour le micro. Ainsi, le son entre par ces câbles XLR dans la MBox, et resortent par un câble USB compatible avec l'ordinateur.

interface MBox

fiche XLR mâle

fiche XLR femelle

fiche Jack mâle

Alphabet Morse: message codé

Samuel Morse dépose un brevet en 1840 pour un télégraphe électrique. L’information est véhiculée dans les fils électriques au moyen d’impulsions électriques courtes ou longues. Un code simple permet de traduire les chiffres et les lettres en une succession de points et de traits. On peut aussi utiliser le code Morse pour envoyer des signaux lumineux ou sonores.

Ecris ton nom en morse .....................................

Le signal international de détresse SOS existe depuis 1906. Le naufrage du Titanic en 1912 l’a rendu célèbre.

Ecris “SOS” en Morse : ......................................

Je t’envoie un message: à toi de traduire: ...............................

1.

2.

3.