electricité

THEMES : APPL APPLIICATI CATION ONSS DE L’OPTIQUE ET DE L’ELECTRICITE DANS LA VIE MODERNE OU VIE ET PRIX IX NO NOBE BEL L FR FRA ANC NCAI AISS ŒUVR ŒUVRE E D’UN D’UN PR COORDINATION (MARDI PM ou VENDREDI AM Buffon 2eETG) 1 groupe = 4 étudiants 74 étudiants en ECO (19 groupes groupes et 2g à 3) 37 en ST STAP APSS (9 gr grou oupe pess 1g 1g à 5) AG (2 groupes groupes de ECO) ( 6g + 6g) DA (1 groupe de ECO) (7g) FF (1g de ST STAPS) APS) (4g ou 5g) CZ (1g de ST STAPS) APS) (5g ou 4g) 28 POSTERS

PHYSIQUE ACTUELLE: INTERACTION MUTUELLE ENTRE LES CONSTITUANTS •(PO (POMME MME de Newton Newton/Re /Relati lativit vitéé Einstein Einstein))-

Gravita Gra vitatio tionn

FOUDRE Ŕ PARA ARATONNE TONNERE(B. RE(B. Franklin)- Electrique RADIOACT RADI OACTIVIT IVITE E (M. CURIE)CURIE)- Nuclé Nucléaire aire ALPHA GAMMA BETA BLOC DE PLOMB

• SUBSTANCE RADIOACTIVE

Forces électrofaibles et fortes(Gell Mann/Feynmann)

OBJECTIFS RENDRE COMPTE DES PROPRIETES DE LA MATIERE DANS SON ENSEMBLE PAR UNE DEMARCHE SCIENTIFIQUE OPTIQUE: TRANSPARENT-OPAQUE A LA LUMIERE ELECTRIQUE: CONDUCTEUR-ISOLANT SEMI CONDUCTEUR MECANIQUE: DUR-MOU-CASSANT-FLEXIBLE MAGNETIQUE: AIMANT DUR-AIMANT DOUX THERMIQUE: CONDUCTEUR-ISOLANT CONDUCTEUR-ISOLANT

LUMIERE SENS EMOTIONNEL: PEUR DU

PHENOMENE OBSERVE/  SURNATUREL • OBJET LUMINEUX = MULTITUDE DE POINTS LUMINEUX • SENS CRITIQUE:

EXPLIQUER LE PHENOMENE OBSERVE

POINT LUMINEUX = RAYONS LUMINEUX DANS DIFFERENTES DIRECTIONS DE L’ESPACE

Optique Géométrique EXPERIENCE-MODELISATION-THEORIE Postulats de L’optique géométrique :

* Principe de la propagation rectiligne de la lumière * Lois de Snell-Descartes : - rayon réfléchi et rayon réfracté dans le plan d’incidence - angle de réflexion i’1 égal à l’angle d’incidence i1 - angle d’incidence i1 et angle de réfraction i 2 reliés par la relation : n1sini1 = n2sini2 et n = c/v * Principe de retour inverse de la lumière

DIOPTRE PLAN REFLEXION: i=r

REFRACTION: n1sini=n2sin(r)

ANGLE LIMITE

REFLEXION INTERNE

ELECTRICITE SENS EMOTIONNEL:

PEUR DU PHENOMENE OBSERVE SURNATUREL

ELECTROSTATIQUE SENS CRITIQUE:

EXPLIQUER LE PHENOMENE OBSERVE GILBERT (1540-1603) VERRE-SOIE (ELECTRIFIER) PAS LE METAL Du FAY (1734) : METAL SI ISOLE PAR PAR DU VERRE

ELEKTRON: AMBRE ELEKTRON: (Grec) (6 ème siècle 600 ans avant l’ère moderne : 21+6 =

Il y a 27 siècles (Thales de Millet) AMBRE: ATTIRE ATTIRE APRES FROTTEMENT FABRICATION DE SOIE LE TISSU ADHERE A L’AMBRE

NOTION DE CONDUCTE CONDUCTEURS-ISOLANT URS-ISOLANT GRAY 1729

ELECTROSTATIQUE Du FAY : DEUX TYPES DE TRANSFERT DE CHARGES ATTRACTIF REPULSIF

BENJAMIN FRANKLIN (1706-1790) Inventeur du PARATONNERRE PROPOSE L’EXISTENCE

DEUX TYPES DE CHARGES

+ VERRE-SOIE - EBENE-SOIE 1799 VOL V OLT TA INVENTE INVEN TE LA PILE SOURCE D’ELECTRICITE (Cu+/Zn- et Eau SALE (Cu+/ZnSALEE) E) AUTR AUTRE E EFFET EFFETS S: CHIMIQUE/THERMIQUE/MAGNETIQUE

COURANT ELECTRIQUE SENS CRITIQUE:

EXPLIQUER LE PHENOMENE OBSERVE

ANDRE MARIE AMPERE (1775-1836): 1802: CONCEPT DU COURANT ELECTRIQUE POUR EXPLIQUER LA DECHARGE DE LA PILE VOLTA

ELECTROCINETIQUE ORIGINE DU COURANT ?

ELECTRON ELEKTRON:: AMBRE (Grec) ELECTRON: ELEKTRON ELECTRON: W. CROOKES (6 ème siècle 600 ans avant l’ère (1832-1919) (1832-1919) : VERS VERS 1895- TUBE TUBE moderne : 21+6 = Il y a 27 siècles A ATMOSPHERE RAREFIEE (Thales de Millet) AVEC ELECTRODES ELECTRODES LUMINESCENCE DU VERRE CÔTE ANODE 2 HYPOTHESES: GAZ OU PARTICULES ELECTRISEES EMISES PAR CATHODE

ELECTRON Appareil pour étudier les décharges électriques élec triques dans les gaz Appareil de Faraday. En arrière plan manuscrit de Faraday daté de 1849 (Faraday's Museum Londres)

ELECTRON: W. CROOKES ELECTRON: (1832-1919) (1832-1919) : VERS 1895- TUBE A ATMOSPHERE RAREFIEE AVEC ELECTRODES

ELECTRON J. PERRIN: (1870-1942)

J. PERRIN: (1870-1942)

18951895- Il montra montra que les les rayons rayons 1895 1895-- CHAR CHARGE GES S cathodiques sont sont les trajectoires NEGATIVE de charges négatives. Il apporta la première preuve directe de l'existence des électrons

ELECTRON J.J. THOMSON: (1856-1940)1897 PAR ARTICU TICULES LES ELEMENTAIRES NEGATIFS- DECOUVERTE DE L’ELECTRON

ELECTRON WILSON: Valeur de la charge de l’électron

-1,6 10-19 C (Coulomb) MILLIKAN (1868-1953) (1908 et 1911) CONFIRMATION (GOUTTES D’HUILE CHARGEES)

ELECTROCINETIQUE ADMIS: LE CONCEPT DE CHARGES ELECTRIQUES (BENJAMIN FRANKLIN (1706-1790) PROPOSITION DE L’EXISTENCE DEUX TYPES DE CHARGES + et -) ELECTRICITE ETUDIE DU POINT DEFINITION: DE VUE DE Charges en L’ELECTROCINETIQUE mouvement ANDRE MARIE AMPERE (1775-1836): (1775-1836): 1802: COURANT ELECTRIQUE A PROPOS DE LA DECHARGE DE LA PILE PI LE VOL VOLT TA GENERATEUR

SOURCE DE COURA CO URANT NT AVEC AVEC UNE BORNE POSITIVE ET NEGATIVE

ELECTROCINETIQUE Le courant électrique est un déplacement d’ensemble de particules portant une charge électrique Il y a deux sortes de particules chargées ( + et -) C’est un champ électrique qui est responsable de ce

mouvement des charges de même que le champ de gravitation est responsable de la chute d’une POMME

ELECTROCINETIQUE Quels sont les corps physiques pouvant transporter l’électricité ? On les classe comme conducteur (METAL, LIQUIDE) Le terme ISOLANT est réservé au corps qui ne conduisent pas l’électricité (AMBRE,VERRE, (AMBRE,VERRE, EBENE) EBENE) OBJET TECHNOLOGIQUE ou NATUREL: NATUREL: semi-conducteur semi-conducteur..

20eme SIECLE (ELECTRONIQUE (ELECTRONIQUE))

conducteur Métallique Les charges mobiles sont les électrons.

conducteur solution électrolytique

Deux sortes de porteurs de charges, les ions qui vont vers la cathode (les cations) et ceux qui vont vers l’anode l’a node (les anions).

Du point de vue de la chimie on pense à du Cu 2SO4 dans de l’eau : SO42- Cu2+ : Batterie

conducteur solution électrolytique dans cellule vivante Deux sortes de porteurs de charges , de part et d’autre d’une membrane les ions traversent la membrane un transport de part et d’autre par suite de l’existence d’une

force électromotrice.

semi-conducteur Matériau à deux types de porteurs de charge. charge. Les él éleectr troons (on dira semi conducteur de type n (n pour négatif)) ou des lacunes ou trous (absence d’électrons) (on parlera de semiemi-co cond nduucteu cteurr de type p (p po pouur posit ositif if)) ))..

MATIERE

ISOLANT

NE CONDUIT PAS D’ELECTRICITE

COMMENT CARACTERISER LA MATIERE MA TIERE DU POINT DE VUE DE D E SES PROPRIETES ELECTRIQUES ?

RESISTANCE CAPACITE A CONDUIRE ou NON UN COURANT ELECTRIQUE OU A RESISTER AU PASSAGE D’UN COURANT

S

RESISTANCE R UNITE OHM SYMBOLE Ω LA conduction de courant dans un conducteur métallique DE FORME CYLINDRIQUE (FILS)

COURANT i t  

dq

COURANT ELECTRIQUE

dt 

QUANTITE DE CHARGES PAR UNITE DE TEMPS

S

dq est la quantité qui traverse S pendant dt

COURANT I

COURANT I

UNITE AMPERE

UNITE COULOMB /SECONDE

SYMBOLE A

SYMBOLE Cs-1

TENSION i t   V1

dq

POURQUOI LES CHARGES SE DEPLACENT ELLES?

dt  S

V2

TENSION U=V1-V2 UNITE VOLT SYMBOLE V

DIFFERENCE DE POTENTIEL ENTRE LES BORNES DU CONDUCTEUR FILIFORME CHAMP ELECTRIQUE OU DIFFERENCE DE POTENTIEL ?

CHAMP ELECTRI ELECTRIQUE QUE i t   V1

dq

POURQUOI LES CHARGES SE DEPLACENT ELLES?

dt  S

V2

TENSION U=V1-V2 CHAMP ELCTRIQUE U/L SYMBOLE Vm-1

FORCE ELECTRIQUE SUR LES CHARGES NEGA NEGATIVES: TIVES: ELECTRONS CHAMP ELECTRIQUE = DIFFERENCE DE POTENTIEL /LONGUEUR DU FIL

LOI D’OHM

U=RI

LA

A

Dipôle

A

B

V

Tout dispositif ayant 2 bornes pouvant être raccordées à un circuit V1

S

V2

A

B Dipôle

RESISTIVITE  R 

l S 

  

A

l

EXPERIMENTALEMENT ON OBSERVE QUE LA

S  B

Dipôle

COEFFICIENT DE PROPORTIONNALITE : la résistivité ρ

SYMBOLE ρ UNITE

RESISTANCE RESISTANCE D’UN

DIPÔLE EST : PROPORTIONNELLE A SA LONGUEUR INVERSEMENT PROPORTIONNELLE A SA SECTION Ωm

RESEAUX ELECTRIQUES A

B Dipôle

Tout système électrique relié à l’extérieur par deux

bornes est un dipôle.

DIPOLES DANS UN CIRCUIT GENERATEUR GENERATEUR ACTIF RESISTANCE PASSIF

la résol résoluti ution on des des circ circuit uitss : les lois de Kirchoff  (loi des nœuds, loi des mailles) la loi d’Ohm

LOI DES NOEUDS Un nœud est la connexion moin inss troi troiss cond conduc ucte teur urs. s. d’au mo en un nœud il ne peut y avoir, en régime permanent, accumulation de charges, ce quii entr qu entraî aîne ne

  I entrant  I sor 

tant 

(I est une grandeur algébrique)

LOI DES MAILLES A

B

VDA V VAB CD

D

VBC

loi d’additivité de dess te tens nsio ions ns

0=VA-VA= (VA-VB)+(VB-VC)+ C (VC-VD)+(VD-VA) 0=VAB+VBC+VCD+VDA

La tension entre deux points d’un circuit est égale à la somme

des tensions partielles le long de ce circuit. si le circuit est fermé: la somme des tensions sera nulle.