SCIE 212 Section 3

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SCIE 212Section 3

• 3.0 Les caractéristiques de lélectricité
• 3.1 Lélectricité statique (chapitre 9)
• 3.2 Lélectricité dynamique (chapitre 10)
• 3.3 Lutilisation de lélectricité (chapitre
  11)
• 3.4 Lélectricité et lenvironne- ment
  (chapitre 12)

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3.1 Lélectricité statique Aperçu

• 3.1.1 Lélectricité statique est omniprésente
• 3.1.2 Comprendre lélectricité statique
• 3.1.3 Lexplication de lélectricité statique
• 3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique
• Cette présentation résume les chapitres
  dOmnisciences 9 et nest pas conforme aux
  contenus de Sciences 9.

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3.1 Lélectricité statique

• Lélectricité nest pas une invention humaine,
  mais un phénomène naturel de lUnivers dans
  lequel nous vivons. Lélectricité et les
  phénomènes électriques ont joué un rôle dans la
  formation du système solaire, les réactions
  chimiques, et enfin le développement de la vie
  sur la Terre.
• Dans ce chapitre, tu vas apprendre ce quest une
  charge électrique. Tu verras que les charges
  électriques peuvent produire des effets
  spectaculaires. Tu verras comment on peut
  maîtriser et utiliser les charges électriques.

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3.1.1 Lélectricité statique est omniprésente

• Les décharges électriques et la foudre
• La décharge que tu reçois après avoir touché une
  poignée de porte ressemble à la foudre. La foudre
  est une décharge électrique de plus grande
  intensité.
• Le fait de frotter deux substances différentes
  lune contre lautre peut changer les propriétés
  de ces substances.
• Un objet devient chargé quand il attire dautres
  objets après avoir été frotté.
• Un objet chargé porte une charge électrique.

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3.1.1 Lélectricité statique est omniprésente

• Les décharges électriques et la foudre (suite)
• charge électrique la propriété de la matière
  qui a un surplus ou une déficience délectrons
• électricité statique charges électriques fixes
• On dit électricité statique parce quelle reste
  immobile à la surface de lobjet chargé.
• La partie de la science qui étudie lélectricité
  statique est lélectrostatique.
• Un objet qui ne porte pas de charge est neutre.
  Il a autant de charges positives (protons) que de
  charges négatives (électrons).

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3.1.1 Lélectricité statique est omniprésente

• Les conducteurs et les isolants
• Un ballon accumule les charges à lendroit où on
  le frotte car il est un isolant.
• isolant un matériau qui ne permet pas à des
  charges électriques de se déplacer librement
• conducteur un matériau qui permet à des charges
  électriques de se déplacer librement
  La plupart des métaux sont des conducteurs et la
  plupart des non-métaux sont des isolants.

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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• Les types de charges
• Tous les objets appartiennent à lune ou à
  lautre de deux catégories. Le modèle pour
  expliquer les types de charges stipule quil
  existe deux types de charges les objets de la
  catégorie A qui portent une charge du premier
  type et les objets de la catégorie B qui portent
  une charge de second type. Les scientifiques sont
  arrivés à la conclusion que des charges
  identiques se repoussent et des charges
  différentes sattirent.

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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• Les types de charges (suite)

Les charges de même signe se repoussent et les
charges de signe opposé sattirent. Un objet
neutre est toujours attiré par un objet chargé.
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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• Les types de charges (suite)
• Loi de lattraction et de la répulsion
•  Les charges électriques identiques se
  repoussent alors que les charges électriques
  différentes sattirent. 
• Un objet neutre est toujours attiré par un objet
  chargé.
• On appelle les deux types de charges électriques
  les charges positives et les charges négatives.
• Lorsque tu frottes un morceau dambre avec de la
  fourrure, lambre devient chargé négativement et
  la fourrure se charge positivement.

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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• Les objets neutres sont-ils dépourvus de
• charge?
• Pourquoi un objet chargé attire-t-il un objet
  neutre?
• Quand tu frottes deux objets neutres de
  matière différente lun contre lautre, ils
  sélectrisent. Au départ, ils ont le même nombre
  de charges posi-tives et de charges négatives.
  Après le frottement, la répartition des charges
  change.
• Les charges contenues dans les molécules dun
  isolant ne peuvent se déplacer à la surface de ou
  à travers lisolant. Ces molécules peuvent
  cependant tourner sur elles-mêmes ou sétirer.

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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• Les objets neutres sont-ils dépourvus de
• charge? (suite)
• La figure 9.5 à la p. 302 explique de quelle
  façon les rotations et les élongations peuvent
  causer une attraction entre deux objets neutres.
• Les charges positives de la tige de verre
  attirent les charges négatives de lune des
  extrémités du bout de papier. Le papier renferme
  toujours le même nombre de charges positives et
  de charges négatives. Les charges négatives du
  papier subissent une rotation vers la tige et ne
  sont plus réparties de la même manière.

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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• Les objets neutres sont-ils dépourvus de
• charge? (suite)

Si lon approche la tige de verre chargée
positivement dun morceau de papier neutre
(situation d), la distribution des charges dans
le morceau de papier est modifiée.
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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• La détection des charges
• Un électroscope à feuilles métalliques est un
  instrument qui sert à détecter les charges
  électriques.
• Voir la figure 9.6 afin de savoir comment
  lélectroscope indique la présence dune charge.
• Lorsque lélectroscope sélectrise, les feuilles
  métalliques séloignent lune de lautre car
  elles sont chargées. Si lon touche pas la sphère
  de lélectroscope pour le charger, on dit quil
  est chargé par induction. Si lon touche la
  sphère, il est chargé par contact.

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3.1.2 Comprendre lélectricité statique

• La détection des charges (suite)

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• En 1600, William Gilbert a énoncé  la théorie
  du fluide . Selon cette théorie, les propriétés
  électriques étaient dues à un fluide invisible
  qui pouvait passer dun objet à un autre. On a
  rejeté cette théorie après la découverte des
  électrons.
• Le gain et la perte délectrons
• Tu sais que la matière est composée datomes.
  Chaque atome comprend un noyau chargé
  positivement, qui est formé de protons et de
  neutrons. Le noyau est entouré délectrons,
  chargés négativement.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Le gain et la perte délectrons (suite)
• Les éléments ont des caractéristiques
  différentes. Les atomes de certains éléments
  retiennent moins fortement leurs électrons que
  dautres. Il est alors facile de transférer par
  frottement ces électrons dun objet à un autre.
  Les protons, contrairement aux électrons, ne se
  déplacent pas dun objet à un autre.
• Lobjet qui acquiert des charges négatives
  devient chargé négativement, tandis que lobjet
  qui perd des électrons devient chargé
  positivement.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Les conducteurs, les semi-conducteurs et les
  isolants
• Tu sais quun conducteur est une substance dans
  laquelle les électrons peuvent circuler
  librement. Un conducteur retient mal ses
  électrons et leur permet de sauter dun atome à
  un autre.
• Certains métaux permettent le déplacement
  délectrons plus facilement que dautres. Par
  exemple, largent est un meilleur conducteur que
  laluminium.
• Voir la figure 9.8 à la p. 308 pour le
  déplacement des électrons dans un conducteur.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Les conducteurs, les semi-conducteurs et les
  isolants
• Les électrons se déplacent dans un conducteur en
  sautant dun atome à un autre.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Les conducteurs, les semi-conducteurs et les
  isolants (suite)
• Les isolants sont des substances dont les atomes
  retiennent fortement les électrons. Certains
  isolants retiennent plus fortement leurs
  électrons que dautres.
• Certaines substances ne sont pas tout à fait
  conductrices ou pas tout à fait isolantes. On
  obtient les semi-conducteurs.
• Voir le tableau 9.1 à la p. 308 pour une liste
  des conducteurs et disolants dusage courant.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Lair est-il un conducteur ou un isolant?
• Quand on place côte à côte, sans quils se
  touchent, deux objets portant de grandes charges
  opposées, il se produit une étincelle ou une
  décharge électrique. Les électrons en surplus de
  lobjet chargé négativement vont vers lobjet
  chargé positivement en traversant lair. À la
  suite de cette décharge, les objets ne sont plus
  chargés.
• Comment les électrons peuvent-ils se déplacer
  dans lair qui est très faiblement conducteur?

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Lair est-il un conducteur ou un isolant? (suite)
• Quand deux objets portent de grandes charges
  opposées, les molécules de gaz dans lair sont
  brisées (ionisées). Ces molécules se séparent en
  ions positifs et en ions négatifs. En sionisant,
  une molécule provoque lionisation des molécules
  qui lentourent.
• Quand les molécules sont ionisées, lair devient
  conducteur. En se déplaçant, les électrons
  transmettent leur énergie aux molécules dair et
  celles-ci émettent de la lumière. Il y a alors
  formation détincelles.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Lair est-il un conducteur ou un isolant?
• Les étincelles sont
• produites par les
• électrons qui sautent
• dun conducteur à un
• autre en traversant
• lair. Lair est ionisé
• et crée un conduit
• ionique et permet à
• létincelle de voyager.

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3.1.3 Lexplication de lélectricité statique

• Les applications de lélectrostatique
• Voir la figure 9.10 à la p. 310 pour le
  fonctionnement dun photocopieur.
• La mise à la terre
• La prise à la terre permet de relier un
  conducteur à la terre avec nimporte quel
  conducteur. La Terre, en raison de son volume,
  peut donner ou recevoir de nombreux électrons
  sans que sa charge soit modifiée. La mise à la
  terre est employée pour les camions-citernes et
  les appareils électriques de ta demeure.

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3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Quelle est la cause de la foudre?
• Les vents violents, de même que les collisions
  entre les gouttelettes deau et les cristaux de
  glace des nuages, ont pour effet darracher des
  électrons à certaines particules et den ajouter
  à dautres particules. Les charges négatives
  saccumulent dans le bas des nuages et les
  charges positives dans le haut. Les charges
  négatives qui saccumulent dans le bas des nuages
  repoussent les électrons qui se trouvent à la
  surface de la Terre. Le sol devient chargé
  positivement (par induction).

25
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Quelle est la cause de la foudre?

26
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Quelle est la cause de la foudre? (suite)
• Voir la figure 9.14 pour une explication de la
  foudre.
• La force dattraction entre les nuages chargés
  négativement et la partie du sol chargée
  positivement arrache des électrons aux atomes et
  aux molécules de lair. Il se forme une chaîne
  dions puis une énorme décharge électrique se
  produit entre les nuages et le sol. Une grande
  quantité délectrons entre en contact avec les
  molécules dair et leur cède leur énergie. La
  décharge ainsi produite constitue la foudre.

27
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Quelle est la cause de la foudre? (suite)

-50oC
-20oC
65oC
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3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Quelle est la cause de la foudre? (suite)
• La lumière libérée par la foudre produit un
  éclair. La chaleur produite par la lumière
  provoque une expansion des molécules dair qui
  entrent en contact avec dautres molécules et
  produit une onde de choc. Cette onde de choc, qui
  produit un bruit intense, constitue le tonnerre.
• La chaleur produite par la foudre peut
  déclencher des incendies de forêt ou dimmeubles.
  Si la foudre frappe directement une personne,
  elle peut causer un arrêt cardiaque ou
  respiratoire et peut même entraîner la mort.

29
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Le paratonnerre
• Comment fait-on pour diriger le courant
  délectrons provenant de la foudre loin des
  immeubles?
• Tu sais que les électrons se déplacent
  facile-ment dans les conducteurs. Le paratonnerre
  est un conducteur qui achemine les charges de la
  foudre vers le sol. Linvention du paratonnerre
  repose sur ce principe.
• Voir la figure 9.15 à la p. 316 pour le
  fonctionnement du paratonnerre.

30
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Le paraton-
• nerre (suite)

31
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Le paratonnerre (suite)
• Durant un orage électrique, le paratonnerre
  placé à un endroit plus élevé, sélectrise par
  induction et devient chargé positivement. Il
  attire les ions négatifs qui se forment dans
  lair alors que les nuages attirent les ions
  positifs. Une chaîne dions dans lair agit comme
  un fil conducteur et permet à la foudre de passer
  du paratonnerre vers le sol. Comme les électrons
  ne pénètrent pas dans limmeuble, ils ne peuvent
  élever sa température pour provoquer un incendie.
  Ils sont neutralisés par le sol.

32
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Lapplication de lélectrostatique à la
  résolution de problèmes
• Le précipitateur électrostatique permet de
  réduire la quantité de contaminants qui se
  retrouvent dans lair.
• La figure 9.17 explique son fonctionnement.
• Les gaz contaminés pénètrent le précipitateur et
  celui-ci ionise ces gaz. Une décharge électrique
  se produit et les ions sont repoussés vers les
  parois et neutralisés. Ces ions forment alors des
  gouttelettes solides ou liquides que lon peut
  récupérer.

33
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Lapplication de lélectrostatique à la
  résolution de problèmes (suite)

Le précipitateur électrostatique permet
dextraire jusquà 99,9 des solides et des
liquides contenus dans les gaz déchappement.
34
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• De la peinture électrisée!
• La peinture par pulvérisation électrostatique
  permet de recouvrir un objet dune mince couche
  de peinture.
• Lobjet à peindre est chargé positivement et la
  peinture est chargée négativement lorsquelle
  sort du bec du pulvérisateur. La peinture est
  alors attirée vers lobjet à peindre.
• La peinture par pulvérisation électrostatique
  permet de réaliser des économies de peinture,
  elle réduit le temps de séchage et donne un fini
  lisse.

35
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• De la peinture électrisée! (suite)

36
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Lélectrostatique au quotidien
• Voici dautres applications des phénomènes de
  lélectrostatique
• - la séparation industrielle de divers minéraux
  et du fer
• - les vêtements qui se collent les uns aux
  autres quand on vient de les sortir de la
  sécheuse
• - les adoucisseurs de tissus
• - les purificateurs dair à filtre
  électrostatique.

37
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Pourquoi les vêtements ont-ils tendance à se
  coller les uns aux autres quand tu les sorts de
  la sécheuse?
• Le frottement de ces deux tissus dans la
  sécheuse provoque un changement de leurs
  propriétés. Le coton arrache des électrons à
  laine. La laine acquiert ainsi une charge
  positive et le coton, une charge négative.
  Lorsquon sépare la laine et le coton, il y a une
  attraction entre les deux car ils sont de charges
  opposées.

38
3.1.4 La maîtrise de lélectricité statique

• Parfois, on voit des étincelles et on entend des
  crépitements qui confirment la présence de
  charges électriques statiques.
• Ce phénomène se produit pas seulement entre la
  laine et le coton. Il se produit à chaque fois
  que deux substances retenant leurs électrons avec
  des forces différentes interagissent.