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L’électricité
Manuel, pages 204 et 205
La charge électrique
ST
STE
ATS
(manuel, pages 174 à 179)
1. Formulez la loi des charges électriques.
Les charges électriques de signes opposés s’attirent.
Les charges électriques de même signe se
repoussent.
Les objets chargés peuvent attirer certains objets
neutres (c’est-à-dire sans charge électrique).
2. Pourquoi un métal comme le cuivre est-il un bon
conducteur d’électricité, alors que le verre est
un bon isolant ? Parce qu’un métal comme le
cuivre possède beaucoup de charges électriques qui
peuvent facilement se déplacer à l’intérieur (les électrons libres) de celui-ci. Comme il n’y a pas à l’intérieur du verre de charges électriques libres de se
déplacer, les électrons ne peuvent pas circuler
librement, ce pourquoi le verre est un bon isolant
électrique.
3. Nommez les trois façons de charger électriquement un objet. Par frottement, par contact et
par induction.
4. Quelles sont les charges transférées lorsqu’un
objet est chargé ? Des électrons.
5. On touche un électroscope à feuilles
métalliques avec un objet chargé négativement.
Quelle est la nature de la charge sur les feuilles
de l’électroscope ? Pourquoi ? Les feuilles de
l’électroscope sont chargées négativement. Lors du
contact, il y a un transfert d’électrons de l’objet
chargé négativement vers l’électroscope. Comme
l’électroscope est conducteur, les électrons transférés se répartissent dans toutes ses parties. Il y a
donc un surplus d’électrons dans les feuilles
métalliques, qui sont donc chargées négativement.
6. Décrivez une expérience qui permettrait de
déterminer la charge d’une petite sphère
métallique suspendue à une ficelle. Le matériel
à utiliser est une tige de verre et du coton.
La sphère peut être soit chargée positivement, soit
chargée négativement, soit neutre. En frottant la tige
de verre contre le coton, on charge la tige positivement et le coton négativement puisque celui-ci attire
davantage les électrons. On approche d’abord la tige
puis le morceau de coton en dessous de la sphère. Si
l’un des deux objets repousse la sphère, la loi des
charges permet de trouver le signe de la charge de la
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
sphère. Si aucun des deux objets ne la repousse,
c’est que la sphère n’est pas chargée. (Il faut faire
bien attention de ne pas toucher la sphère parce
qu’on pourrait modifier sa charge.)
7. Combien d’électrons compte un atome dont le
noyau possède une charge de 4 10–18 C ?
25 électrons
8. Expliquez ce que signifie un coulomb de charge
positive sur un objet. Un coulomb de charge
positive sur un objet signifie que cet objet a perdu
6,25 1018 électrons
L’électricité statique
ST
STE
ATS
(manuel, pages 180 à 182)
9. Qu’est-ce que l’électricité statique ?
L’électricité statique est une forme d’électricité
qui apparaît à la suite de frottements entre des
substances ou des matériaux.
10. Que se produit-il lorsqu’il y a trop d’électricité
statique accumulée sur un objet ?
Il se produit une décharge électrique qui se
manifeste par une étincelle ou un arc électrique.
11. Donnez deux exemples d’application de l’électricité statique dans la vie quotidienne.
La colorisation électrostatique, le filtre
électrostatique.
12. Expliquez sommairement l’origine des éclairs
qui se produisent lors des orages. Lors d’un
orage, la partie inférieure du nuage se charge négativement. Cette charge négative induit une charge
positive à la surface du sol sous le nuage.
L’électricité statique s’accumule dans le nuage et à
la surface du sol. Si l’accumulation des charges électriques contraires devient suffisamment importante,
il se produit alors une décharge électrique vers la
terre. Le long du passage de cette décharge, l’air est
ionisé et devient visible : c’est l’éclair.
La loi de Coulomb
STE
(manuel, pages 183 et 184)
13. Quels sont les deux facteurs qui déterminent la
grandeur de la force électrique ?
La distance entre les deux charges électriques.
La valeur de ces deux charges.
14. a) Quelle est la grandeur de la force entre
deux petites sphères séparées de 0,5 m, si
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
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chacune a une charge de 1,2 10–10 C ?
5,2 10–10 N
b) S’agit-il d’une force d’attraction ou de
répulsion ? Il s’agit d’une force de répulsion,
car les deux charges sont de même signe.
Le champ électrique
STE
(manuel, pages 185
et 186)
15. Qu’est-ce que le champ électrique ? Le champ
électrique est une région de l’espace où une force
électrique créée par un corps chargé peut s’exercer
sur un autre corps chargé.
16. a) Quelle est l’intensité d’un champ électrique
à 0,8 m d’une petite sphère portant une
charge positive de 2,1 10–9 C ?
29,5 N/C
b) Dans quelle direction les lignes de champ
sont-elles orientées ? Les lignes de champ
pointent vers l’extérieur de la charge, car elle
est positive.
Les circuits électriques
ST
STE
ATS
(manuel, pages 187 à 189)
17. Quelle est la principale différence entre un circuit en série et un circuit en parallèle ?
Un circuit en série est formé d’une seule boucle et
n’offre qu’un seul chemin au passage du courant
électrique. Un circuit en parallèle est formé de
plusieurs branches et offre plusieurs chemins au
passage du courant électrique.
18. Tracez le schéma d’un circuit électrique
comprenant deux ampoules et un moteur qui
sont
a) branchés en série ;
La loi d’Ohm
ST
STE
ATS
(manuel, pages 190
à 195)
19. Qu’est-ce que l’intensité du courant électrique ?
L’intensité du courant électrique est la quantité de
charges électriques qui passent dans un conducteur
dans un intervalle de temps donné (I = q/t).
20. Une charge électrique de 600 C traverse un
séchoir à cheveux pendant 2 minutes. Quelle
est l’intensité du courant électrique qui traverse
le séchoir à cheveux ? 5 A
21. Qu’est-ce que la tension électrique (différence
de potentiel) ? La tension électrique correspond à
la différence d’énergie des charges électriques entre
l’entrée et la sortie d’une composante. En d’autres
mots, c’est la différence d’énergie par unité de
charge (U = E/q).
22. Quelle est la tension électrique aux bornes d’un
petit moteur électrique si une charge de 64 C lui
transfère 3 200 J ? 50 V
23. Quelle est l’énergie consommée par un ventilateur
traversé par un courant de 1,5 A qui fonctionne
pendant 20 minutes sous une tension de 120 V?
216 kJ ou 2,16 10 5 J
24. Expliquez dans vos mots le lien entre le courant,
l’énergie et la tension électrique.
L’énergie fournie (E) à une composante est égale au
produit de la tension électrique (U) par l’intensité du
courant (I) par la durée de fonctionnement de la composante (t) : E = UIt. Ainsi, plus la tension et
l’intensité sont grandes, plus on fournit d’énergie à
la composante.
25. Qu’est-ce que la résistance électrique ?
La résistance électrique est l’opposition rencontrée
par le flux de charges électriques le long du circuit.
26. Quelle est l’intensité du courant qui traverse la
télécommande d’un téléviseur alimentée par
une tension de 3,0 V, si sa résistance est 9,4 ?
0,32 A
b) branchés en parallèle.
Reproduction autorisée © Les Éditions de la Chenelière inc.
27. Un ordinateur a une résistance totale de 48 et
est alimenté par un courant de 2,3 A. Quelle est la
tension électrique aux bornes du bloc d’alimentation de cet ordinateur? 110,4 V
Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
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Page 20
Les lois de Kirchhoff
STE
(manuel, pages 196
à 202)
28. Déterminez la valeur des paramètres manquants dans les circuits suivants.
a)
U1
IT
6A
R1
R2
42 V
I2
6V
R3 = 2 I3
U3
IT
UT
29. Calculez la résistance équivalente dans chacun
des circuits suivants :
a) un circuit comprenant trois résisteurs,
de 10 , 40 et 50 , montés en série ;
100 b) un circuit comprenant trois résisteurs,
de 2 , 5 et 34 , montés en parallèle.
1,4 La relation entre la puissance et l’énergie
électrique ST STE ATS (manuel, pages 203
Comme il n’y a pas de nœud, il s’agit d’un circuit en série ;
donc IT = I1 = I2 = I3 = 6 A
Loi d’Ohm pour R3 : U3 = R3 I3 = 2 6 A = 12 V
Loi des mailles : 42 V = U1 + 6 V + U3 = U1 + 6 V + 12 V
donc U1 = 42 V – 6 V – 12 V = 24 V
Loi d’Ohm pour R1 et R2 : R1 = U1/I1 = 24 V/6 A = 4 et R2 = U2 /I2 = 6 V/6 A = 1 b)
Loi des mailles : UT = U1 = U2 = 12 V
Loi d’Ohm pour R1 : R1 = U1/I1 = 12 V/2 A = 6 R2 = R1 = 6 Loi d’Ohm pour R2 : I2 = U2 /R2 = 12 V/6 = 2 A
Loi des nœuds : IT = I1 + I2 = 2 A + 2 A = 4 A
R1
2 A 12 V R2
U2
et 204)
30. Calculez la puissance dissipée par une
cuisinière électrique alimentée par un courant
de 12,5 A provenant d’une source de 240 V.
3 000 W
31. Calculez la puissance d’un amplificateur
branché à une prise électrique de 120 V,
alors que sa résistance est de 96 .
150 W
I2
R1 = R2
SECTION
9
L’électromagnétisme
Manuel, pages 221 et 222
Les forces d’attraction et de répulsion
ST
STE
ATS
(pages 210 à 214)
1. a) Qu’est-ce qui distingue les substances
magnétiques des substances non magnétiques ? Les substances magnétiques sont
constituées d’éléments ferromagnétiques et
peuvent attirer ou repousser d’autres aimants.
Les substances non magnétiques ne contiennent
pas d’éléments ferromagnétiques et ne
subissent aucun effet lorsqu’elles sont placées
à proximité d’un aimant.
b) Donnez des exemples d’éléments ferromagnétiques. Le fer (Fe), le cobalt (Co), le nickel
(Ni) et le gadolinium (Gd).
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Synergie • Chapitre 1 • Univers matériel
c) Comment nomme-t-on les substances
qui possèdent un ferromagnétisme
permanent ? Les aimants.
2. a) Résumez la loi des pôles magnétiques.
Selon la loi des pôles magnétiques, les pôles de
même type se repoussent tandis que les pôles
de types différents s’attirent.
b) Quelle couleur utilise-t-on par convention
pour indiquer le pôle nord d’un aimant ?
La couleur rouge.
3. Indiquez le ou les comportements possibles
(attraction, répulsion ou aucun effet) lorsqu’on
approche:
a) un aimant d’un autre aimant ; Attraction ou
répulsion selon le type des pôles approchés.
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