À la découverte de l'électricité

Cours d'initiation, porte d'entrée vers des cours plus avancés

a marqué ce sujet comme résolu.

Bonjour à tous !

J'ai pour projet d'écrire un cours introductif à l'électricité permettant aux débutants d'acquérir les connaissances générales nécessaires pour aborder des cours plus avancés. Pour voir la dernière version bêta, c'est ici :

En bref

Objectif. Comprendre les notions-clés de l'électricité pour aborder ensuite des cours plus complexes.

Cible. Les débutants complets, éventuellement jeunes (collégiens par exemple).

Prérequis. Dans l'idéal aucun, même si une culture scientifique basique sera probablement utile.

Pédagogie. Un ton détendu, des mots simples, des schémas, des petits quiz pour aider à l'appropriation des concepts, des expériences faciles à reproduire, des explications de phénomènes physiques de la vie courante (foudre, électricité statique…), des analyses qualitatives (pas de maths).

Notions abordées

Charge électrique, coulomb, force d'interaction électrostatique, origine microscopique de la charge, porteurs de charge dans les matériaux, notions d'isolant et de conducteur électrique, électrisation (par frottement, par contact, par influence), champ électrique, circuit électrique.

État

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Choix du contenu         |===========|===========|=======    |           |
Plan                     |===========|===========|           |           |
Rédaction (premier jet)  |===========|===========|           |           |
Rédaction (deuxième jet) |===========|           |           |           |
Mises au point           |           |           |           |           |
Relecture                |           |           |           |           |
Peaufinage               |           |           |           |           |

Mises à jour

  • 06/06/2016 : Développement de la première partie « Au commencement était la charge électrique ».
  • 16/06/2016 : Évolution du plan et premier jet de la partie « Plongée au cœur de la matière ».
  • 07/08/2016 : Évolution du plan, et premier jet pour les différentes parties.
  • 15/08/2016 : Retouches de la première partie.
+2 -0

Salut,

Je dois reconnaitre que je ne sais pas exactement ce que tu attends avec cette mise en béta. Pour le plan, ça me parait sensé.

J'ai lu assez vite, et voilà ce qui m'a frappé :

La charge électrique, une propriété de la matière

La matière qui nous entoure est généralement neutre, mais il arrive qu'elle soit chargée positivement ou négativement. Pour comprendre l'origine de ce phénomène, il va falloir jeter un œil à l'intérieur de l'atome.

Si tu dis chargé +, chargé -, chargé =, la matière est habituellement chargée =, le lecteur risque de ne pas faire réaliser que la quasi-totalité de la matière chargée =, c'est en fait un chargé + et un chargé -. Bref, il faudrait parler de compensation ici.

Frotter, c'est gagner !

Tu parles bien de l'électricité statique ? Si oui, pourquoi ne mets-tu pas le terme ?

Luttes d'influence

Tu ne parles pas de l'expérience du ballon de baudruche avant. ^^

Est-ce contagieux, docteur ?

Je trouve cette partie assez alambiquée. Très - plus un peu + égale moins - qu'avant et moins + (mais pas -) — c'est à peu près ça que tu as écrit, même si c'est assez mal résumé. :-°

(pas de remarques sur les conducteurs/isolants)

+0 -0

Hello, j'ai lu rapidement mais j'ai quand même quelques remarques:

Quand la matière porte une charge positive, on dira qu'elle est chargée positivement.
Tu peux préciser au niveau des atomes qu'il s'agit ici de ions positifs (Anions)

Si elle porte une charge négative, on dira qu'elle est chargée négativement
Pareil ici, mais il s'agit de ions négatifs (Cations)

Les électrons voyageurs
Dans mes cours, j'ai toujours entendu le terme d'électrons libres Electron libre - Wikipédia

Un atome est constitué d'un noyau
Je trouve que tu ne détaille pas assez, explique ce qu'il se trouve dans un noyau (Donc protons et neutrons, tout en indiquant leur charge). Je ne sais plus si tu l'as dit, mais précise bien que:

  • Protons -> Charge positive
  • Neutrons -> Charge neutre
  • Electrons -> Charge négative

Tu peux ensuite dire, que l'on peut calculer la masse volumique d'une matière en fonction de ses neutrons et de ses protons (On ignore les électrons, car leur masse étant approximativement 2000x plus petite que celle des neutrons et protons).

Et aussi, un nucléon représente protons + neutrons.

Tu peux également parler du tableau périodique des éléments, en expliquant comment, à l'aide de se tableau, on peut déterminé le nombre de neutrons, le nombre de protons, le nombre d'électron et son nombre d'électron libre. (Si tu veux, je peux te donner un petit peu d'aide la dessus).

les atomes cèdent plus ou moins facilement leurs électrons
Il faut précisé qu'il ne s'agit que des électrons libre se trouvant sur la couche de valence de l'atome.

les objets massiques
Ça se dit ça ? Jamais entendu.

Ce phénomène s'appelle l'électrisation par frottement
Autrement dit de l'électricité statique. Qui sera surement bien plus parlant pour le lecteur.

Parmi les matériaux conducteurs les plus courants, on peut citer les métaux (cuivre, aluminium, par exemple) et le graphite (mine de crayon).

Mauvais exemple, il serait bien de faire une petite liste des matériaux les plus conducteurs et non des matériaux les conducteurs les plus courants, car cela dépend du domaine

Et concernant tous tes titres, je ne suis pas très fan. Des titres plus sérieux serait préférable selon moi. Voici dans l'ordre du plus conducteur avec son pourcentage (Dépendant du cuivre, qui se trouve à 100%).

  • Argent: 106%
  • Cuivre: 100%

–> Faut que j'aie recherché dans mes cours, car je n'ai pas les suivants en tête. Mais il me semble que le suivant est l'or.

[edit]
Il est possible que j'aie raconter quelques sottises, donc si quelque chose te semble louche, n'hésite pas à me le dire.

+0 -0

J'ai pas pu me retenir de répondre à certaines remarques.

@Gabrro :

Frotter, c'est gagner ! Tu parles bien de l'électricité statique ? Si oui, pourquoi ne mets-tu pas le terme ?

Oui et non. L'électricité statique ce n'est pas seulement la triboélectricité. Dans le langage courant oui, mais pas dans le vaste monde. Par exemple l'expérience au Palais de la découverte où les cheveux se dressent sur la tête, c'est de l'électricité statique, mais pas de la triboélectricité.

@WinXaito :

Quand la matière porte une charge positive, on dira qu'elle est chargée positivement.
Tu peux préciser au niveau des atomes qu'il s'agit ici de ions positifs (Anions)

Non, parce qu'il n'y a pas toujours de « au niveau des atomes ». Quand tu charges un métal, la charge est répartie de manière relativement homogène, et les ions ne jouent pas vraiment de rôle. Les phénomènes où les ions sont importants (décharges partielles, plasmas, solutions électrolytiques) sont un peu compliqués pour une introduction.

Les électrons voyageurs
Dans mes cours, j'ai toujours entendu le terme d'électrons libres Electron libre - Wikipédia

Ce n'est pas ce dont je parle. Les électrons peuvent être capturés par un atome d'un autre matériau, mais il ne se promène pas nécessairement dans tout le matériau (cas d'un métal).

Tu peux ensuite dire, que l'on peut calculer la masse volumique d'une matière en fonction de ses neutrons et de ses protons (On ignore les électrons, car leur masse étant approximativement 2000x plus petite que celle des neutrons et protons).
Et aussi, un nucléon représente protons + neutrons.
Tu peux également parler du tableau périodique des éléments, en expliquant comment, à l'aide de se tableau, on peut déterminé le nombre de neutrons, le nombre de protons, le nombre d'électron et son nombre d'électron libre. (Si tu veux, je peux te donner un petit peu d'aide la dessus).

Je ne vais pas parler de tout ça, je fais le minimum d'atomistique nécessaire.

les atomes cèdent plus ou moins facilement leurs électrons
Il faut précisé qu'il ne s'agit que des électrons libre se trouvant sur la couche de valence de l'atome.

Trop compliqué pour un cours de ce niveau. Puis si on tire assez fort, on peut aussi faire partir ceux des autres couches de toute façon.

Ce phénomène s'appelle l'électrisation par frottement
Autrement dit de l'électricité statique. Qui sera surement bien plus parlant pour le lecteur.

Plus parlant c'est certain, mais un peu faux (voir réponse faite à Gabbro au dessus).

Parmi les matériaux conducteurs les plus courants, on peut citer les métaux (cuivre, aluminium, par exemple) et le graphite (mine de crayon).

Mauvais exemple, il serait bien de faire une petite liste des matériaux les plus conducteurs et non des matériaux les conducteurs les plus courants, car cela dépend du domaine

Les plus courants, ça ne dépend pas vraiment du domaine. En gros, il y a quelques matériaux omniprésents (cuivre et aluminium), d'autres assez courants en électronique (or, éventuellement platine), on rentre ensuite dans les semi-conducteurs (Si, GaAs…). Les autres sont assez anecdotiques (bronze et graphite sur certains patins conducteurs).

Et concernant tous tes titres, je ne suis pas très fan. Des titres plus sérieux serait préférable selon moi.

Moi, j'aime bien. :D

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Chouette :)

Pour ma part, j'aime beaucoup le ton et les schémas et quizz apportent un vrai plus.

Le plan est définitif ou il va s'ajouter d'autres chapitres ?

Et enfin, juste une question sur la partie Détour au cœur de l'atome

C'est en regardant à l'intérieur de l'atome que l'on pourra voir de la matière électriquement chargée.

Peut-on parler de matière lorsqu'on parle des particules du genre électron, protons, neutrons ?

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Bonjour les agrumes !

La bêta a été mise à jour et décante sa pulpe à l'adresse suivante :

Merci d'avance pour vos commentaires.

Mises à jour

  • Mise à jour du premier post avec plus d'infos sur le contexte et les objectifs du cours.
  • Évolution importante du plan.
  • Premier jet de la partie « Plongée au cœur de la matière ».

@Vayel : Je veux bien des remarques sur le premier chapitre, mais ne perd pas trop ton temps sur des détails. C'est un peu un avant-goût de comment j'imagine le tout, mais le cours est encore très instable.

+0 -0

Quand tu voudras une relecture plus approfondie que la dernière fois sur une partie en particulier, préviens moi. :)

P.S. : j'aime bien la barre de progression dans ton message initial. ^^

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Bonjour les agrumes !

La bêta a été mise à jour et décante sa pulpe à l'adresse suivante :

Merci d'avance pour vos commentaires.

Mises à jours

  • Petites retouches de la première partie (reformulations, refonte de l'intro et ajout d'une conclusion).

@Vayel, @Gabbro : Si vous souhaitez relire la première partie (« Au commencement était la charge électrique »), c'est le moment.

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La relecture par tout petit bout comme ça, c'est pas mal. Ça se fait vite-fait et ça permet de le faire au fi de l'eau.

Mais contrairement à la masse, qui ne peut être que positive, la charge électrique existe sous deux variétés : positive ou négative.

J'aime pas trop le terme de variété. Est-ce que « la charge électrique peut être positive ou négative. » ne suffit pas ? Tu utilises plus loin le terme de « nature » des charges, que je préfère largement.

La charge électrique a son unité de mesure : le coulomb1, de symbole C. Par exemple, un objet peut avoir une charge électrique positive, par exemple 2 C (deux coulombs) ou négative, par exemple -5 C (moins cinq coulombs).

Tu parles de charges, discrètes (un gros point +, un gros point point - dans ton schéma), et tu mets des valeurs en coulomb entière. Je crains une confusion.

J'aime pas ta question 2 du quizz. J'ai répondu Oui. :D On l'a chargé positivement, mais il était tellement négatif qu'il reste négatif après la charge. Donc c'est cohérent. Pour la 4, précise « On donne à un objet neutre une charge de plus cinq coulombs. ».

Ou alors, on n'interprète pas le mot donner de la même manière. Pour moi, c'est comme apporter ou ajouter, mais j'ai l'impression que tu lui donne le sens de porter à.

Vous savez que la charge électrique est une propriété de la matière existant sous deux variétés,

Idem 1ère remarque.

que les charges électriques de même nature s'opposent

se repoussent

C'est tout. Commentaire générique : c'est court, clair, ça se laisse lire. :)

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J'essaye de regarder ça en détail la semaine prochaine.

Dans "La charge électrique, propriété fondamentale de la matière", la phrase suivante me perturbe un peu.

Par exemple, si un objet a autant de charge électrique positive que de charge négative, tout se passe comme s'il n'avait pas de charge électrique du tout, c'est-à-dire une charge électrique de 0 C (zéro coulomb).

Au départ tu fais le parallèle entre la charge et la masse. Comme il n'y a qu'un seul type de variété (désolé Gabbro) pour la seconde, on ne pense pas à discrétiser, à sommer des petits morceaux de masse, si je puis dire. Mais quand tu introduis le principe de compensation pour la charge, on se met à le faire, ce qui n'est à priori pas naturel pour le lecteur.

Peut-être pourrais-tu t'inspirer de l'approche suivie ici, en parlant des atomes ? Ou bien prendre une analogie pour introduire cette double variété.

+0 -0

Désolé, je n'avais pas vu que tu en parlais dans la suite. Mais du coup, peut-être ce passage gagnerait-il à être reformulé de sorte que le lecteur ne se pose pas les questions auxquelles tu réponds dans le chapitre 2. Par exemple, tu pourrais suivre le raisonnement suivant :

  • La charge électrique est une caractéristique des objets, comme la masse ;
  • Alors que la masse est toujours positive, un objet peut avoir une charge électrique positive ou négative ;
  • La charge électrique des objets s'additionne.

Vois-tu où je veux en venir ou faut-il que j'explicite ?

Dans "Qui se ressemble … ne s'assemble pas", peut-être pourrais-tu parler des aimants pour illustrer le propos, même s'il est assez simple ?

Beau boulot ! :)

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Dans le paragraphe Autoroutes à charges électriques, tu écris :

Les particules du bas du nuage font face au sol, et vont l’électriser par influence 

alors que l’électrisation par influence n’a pas été présentée.
Par ailleurs on ne voit pas pourquoi :

Les plus légères, positives, sont envoyées vers le haut du nuage, alors que les plus lourdes, négatives, restent dans le bas

Cela semble un peu plus magique que scientifique.

======================================================================= Luttes d’influence

Dans l’expérience du ballon de baudruche, les petits papiers sont attirés alors même qu’ils sont électriquement neutres, et ne devraient pas être attiré par une charge électrique. Cette apparente contradiction est permise parce qu’on appelle l’électrisation par influence.

l’expérience du ballon de baudruche n’est pas encore présentée.
Ce paragraphe serait plus à sa place en conclusion de l’expérience.

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