Avec une pile; des fils et une lampe de 3,5 V, on teste le passage du courant dans différents matériaux, que l'on classe ensuite en conducteurs ou isolants.

Voici ceux qui conduisent bien l'électricité; tous les objets en métal:

 

 

Voici ceux qui ne laissent pas passer le courant. On les classe parmi les isolants: verre, porcelaine, coquille de calcaire, craies, papier, carton, bois, caoutchouc, gomme, matières plastiques, textiles:

 

Nous remarquons que l'eau du robinet laisse passer un peu de courant. Elle n'est donc pas un isolant. De même pour le bois, le carton ou le papier s'ils sont mouillés.

Ces composants électroniques ne laissent passer qu'une faible quantité d'électricité. Ils présentent une résistance au passage du courant. Résistance, mine de crayon en graphite, diodes luminescentes, thermistances, diode Zener:

Avec ce microampèremètre, on met en évidence le passage du courant dans le corps humain. C'est normal car le corps humain contient de l'eau salée. Le courant passe plus facilement si les doigts sont humides.

 

En revanche l'ongle semble un bon isolant:

Les effets de l’électricité.

A ) Si l’on applique les lamelles d’une pile de 4,5 V sur les bornes d’une petite ampoule, celle-ci se met à briller. Cela montre que l’on peut produire de la lumière grâce à l’électricité.
Il existe d’autres appareils d’éclairage électrique comme les tubes fluorescents de notre classe, les lampes économiques et les diodes luminescentes.

Observons de près notre ampoule de 3 V. Nous remarquons qu’elle comporte deux tiges métalliques entre lesquelles est fixé un filament:

       

Avec l’alimentation ajustable, nous appliquons d’abord une faible tension à la lampe, puis nous l’augmentons progressivement. Le filament rougit puis devient jaune orangé avant d’être blanc. C’est à ce moment qu’il éclaire le plus. On dit qu’il est incandescent.

  

  

Voir l'expérience en images (site année 2000)

C’est parce que le filament chauffe fortement qu’il émet de la lumière.

Dans une lampe à incandescence, le filament est fait d’un métal qui résiste aux hautes températures : le tungstène (point de fusion 3410°C, symbole W, voir la table des éléments chimiques).

Ci-dessous: le filament fondu d'une lampe de projecteur de diapos:

      

Expérience n°1

On place un barreau de graphite (une mine de crayon gris) entre les pinces des fils de notre alimentation variable. On règle la tension à 12V; l’intensité atteint 3,5 A. Le barreau chauffe rapidement et devient rouge vers le milieu. Les pinces aussi sont brûlantes.

    

Ceci montre que l’on peut produire très facilement de la chaleur à partir de l’énergie électrique.

C’est l’effet thermique de l’électicité.

Expérience n°2
Avec une simple résistance plongée dans un tube à essais, nous avons pu faire boullir de l’eau. C’est le principe du thermoplongeur:

L’effet thermique de l’électricité à été découvert en 1841 par le physicien anglais James Joule.

On utilise donc “l’effet Joule” dans tous les appareils électriques destinés à produire de la chaleur: radiateurs, fours, plaques de cuisson, fer à repasser, sèche-cheveux, bouilloire, friteuse...

B) Effet magnétique.
On place un fil électrique à proximité d’une boussole. Lorsqu’on fait passer un courant dans le fil, l’aiguille aimantée dévie légèrement.

    

Voir la vidéo (1 Mo)

Cela montre que le courant électrique crée un champ magnétique autour du fil qu’il parcourt.

Pour mieux visualiser cet effet, nous enroulons plusieurs tours d’un fil verni autour d’une bousole. Quand un courant traverse notre bobine, l’aiguille dévie fortement pour s’orienter perpendiculairement au fil. L’effet magnétique a été multiplié par le nombre de tours du bobinage.

Nous enroulons maintenant un fil de cuivre verni (donc isolé) autour d’un cylindre de fer doux . Dès que le courant passe dans le bobinage, des objets ferreux sont attirés : le barreau exerce une forte aimantation. L’aimantation cesse sitôt que l’on coupe le courant.

Avec un bobinage autour d’un noyau de fer, on a réalisé un électroaimant (un aimant intermittant).

L’effet magnétique du courant électrique a été découvert par le physicien danois Oersted vers 1820.

Alimenté en électricité (6 V), l'électroaimant attire des petites pièces métalliques contenant du fer:

 

Ci dessous: on place un électroaimant devant une boussole (photo 1). Dès que l'on branche les fils sur la pile, l'aiguille de la boussole dévie: elle est soumise à une force magnétique créée par le passage du courant dans la bobine (photo 2). On a remarqué aussi que si l'on change le sens du courant, l'aiguille de la boussole dévie dans l'autre sens:

 

Bobines d'électroaimants des coffrets Gégé:

La sonnette: application directe des électroaimants:

(voir les expériences du coffret Gégé électricité)

    

Voir les images vidéos:

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Applications de l'électroaimant: les moteurs électriques

rotor à trois pôles d'un moteur de jouet:

 

Rotor à 20 pôles d'un puissant moteur de ventilateur de voiture

Les bornes de chaque enroulement sont reliées aux lames de cuivre du collecteur:

Moteur de démonstration, à rotor à deux pôles (coffret Gégé)

   

Schémas de l'encyclopédie Tout l'Univers  en 16 volumes (1964)

   

Moteur universel de démonstration:

Rotor d'un moteur électrique à 9 pôles, à gauche on apperçoit le collecteur et les charbons:

Télégraphe électromagnétique: observer l'électroaimant à deux bobines verticales qui actionne la pièce portant la mine traçante:

Une application essentielle de l'effet électromagnétique: le haut-parleur. Ici l'on voit la fine bobine qui se trouve normalement placée dans le champ de l'aimant permanent:

Composants, circuits électriques simples: montage en série, en parallèle...

Observons l'intérieur d'une pile de 4,5 V :

  

Nous remarquons que les trois éléments en zinc sont reliés par des lames soudées, qui vont chacune du + vers le -.

Ces trois éléments de 1,5 V chacun sont reliés en série, c'est à dire qu'ils se suivent dans le même ordre.

Ainsi les tensions s'additionnent: 1,5 V + 1,5 V + 1,5 V = 4,5 V

Expériences de l'année 2001

La pile et le moteur (résumé de Prune) Aujourd'hui, nous avons fait une manipulation très intéressante. Pour cette activité de découverte nous avons eu besoin d'une pile de 4,5V , de deux fils conducteurs et d'un moteur. La pile fournit du courant électrique qui est transmis par les fils jusqu'au moteur. Le moteur consomme l'électricité qui lui permet de tourner.
	Le résumé d'Alexandre G On nous a distribué des moteurs, des fils électriques et un interrupteur. Grâce à ce matériel nous avons découvert comment faire marcher un moteur. Pour cela, il a fallu brancher deux fils sur l'interrupteur et nous avons relié un fil au moteur, l'autre à la borne + de la pile de 4,5 V. Le troisième fil a été branché sur l'autre borne de la pile et sur le moteur. Enfin, nous avons actionné l'interrupteur et le moteur a tourné. La pile fournit de l'électricité qui est transmise par les fils jusqu'au moteur. Ensuite le moteur absorbe l'énergie dont il a besoin pour fonctionner. L'interrupteur interrompt le circuit électrique qui fait fonctionner tout le système.
Schéma animé d'un inverseur de sens de marche pour moteur électrique (on utilise deux interrupteurs à deux positions) Application: voir les pages Meccano et grue
Recherche d'expressions concernant l'action de chaque composant  La pile  les fils  le moteur  L'interrupteur produit du courant, fournit de l'énergie, produit de l'électricité, génère de l'énergie électrique.  transmettent, conduisent, laissent passer, amènent le courant. reçoit, absorbe, consomme, utilise, a besoin de l'énergie électrique. coupe le circuit, interrompt ou rétablit le passage du courant.
Circuit en série: les deux interrupteurs sont placés l'un à la suite de l'autre dans le circuit. Ils doivent être actionnés l'un et l'autre pour que la lampe s'éclaire:
Ces deux interrupteurs sont placés en parallèle* de façon à ce que l'un ou l'autre permette le passage du courant: On peut dire "en parallèle" ou "en dérivation"
Avec un circuit "va-et-vient" comme celui-ci, on peut allumer ou éteindre une lampe d'éclairage à partir de deux interrupteurs situés aux extrémités d'un couloir.
Détail d'un interrupteur à deux positions:
2/ Utiliser une ou plusieurs piles, mesurer une tension
	Perrine a mesuré la tension aux bornes d'une pile de 1,5 V. Elle lit une tension légèrement supérieure: 1,54 V, car la pile est neuve.
Prune et Célia ont mesuré la tension obtenue lorsqu'on place des piles de 1,5 V "en série". (Les piles sont légèrement usées).
avec deux piles: 2,6 V:	avec trois piles: 4,1 V:
Expérience de la pile au zinc
	Dans un récipient en verre contenant de l'eau acidulée, on a placé une plaque de zinc et un tube de cuivre. Le voltmètre a montré qu'il y avait une tension de 1 V aux bornes de cette pile. Elle a été capable de faire tourner à faible vitesse un moteur de magnétoscope. Une pile transforme l'énergie chimique en énergie électrique. Voir l'expérience ci-dessous.

Expérience de la pile électrique (assimilable à une pile Volta) - année 2007

Pour cette expérience il faut des plaques de cuivre, des plaques de zinc, du papier buvard, de l'acide sulfurique dilué, quelques fils, une ampoule de 2 V ou un moteur électrique:

Après avoir soudé le fil bleu sur une plaque de zinc et le fil rouge sur une plaque de cuivre, on empile les plaques en les séparant par le papier buvard:

Dès que l'on dépose l'acide sulfurique sur les buvards, l'ampoule se met à briller:
Cette expérience montre que l'on peut produire de l'électricité à partir d'une réaction chimique, mais notre pile ne fonctionne pas longtemps: les plaques de zinc noircissent et la pile perd très vite de sa puissance.

Ci-dessous: une pile au zinc hors d'usage. L'enveloppe en métal totalement rongée par l'acide montre que des réactions chimiques sont à la base du fonctionnement des piles de ce type:

Les diodes et le sens du courant

On utilise une pile de 4,5 V, une lampe, des fils et une diode. On relie la lampe à la pile par l'intermédiaire d'un fil (fil blanc). Un autre fil soudé à la pile est laissé libre (fil vert).

1/ On place la diode entre la borne libre de la pile et le fil vert: la lampe s'allume. Cela montre que la diode laisse passer le courant (elle est conductrice).

2/ On retourne la diode (observer la petite bague argentée). Cette fois la lampe ne s'allume pas.

Conclusion: la diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens.

  

 

On peut renouveller cette expérience avec une diode d'un autre modèle. Remarque: on obtiendrait le même résultat en retournant la pile car cela inverserait le sens du courant.

  

Vocabulaire à retenir:

Le courant a un sens. Par convention, on dit qu'il circule de la borne + vers la borne - de la pile.

La diode est un composant polarisé: elle n'accepte qu'un sens de circulation du courant.

Quand on "retourne" un élément dans le circuit, on dit qu'on inverse sa polarité.