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Electrostatisme

Existe-t-il une relation entre l'électrostatisme et l'intensité de frottement, lors de l'électrisation d'un objet ?

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Suivez l'ordre des petits numéros :)

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Ne me touchez pas !

Expérimentation

Analyse de l'expérience

Hypotheses

Nous pensons qu'il existe une

Relation entre la duree
D'electrisation d'un matériau
Et l'angle que fait l'electroscope
(intensité de l'electrisation).

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Nous pensons que différents éléments peuvent influencer l'électrostatisme et donc cette relation, notamment la météorologie ou la précision des manipulateurs.

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L'électroscope

L'électroscope est un instrument de mesure de l'électrisation d'un objet

L'électroscope permet de mettre en évidence les charges électrostatiques obtenues par frottement d'un objet sur un autre. Il suffit de déposer les charges sur le plateau et l'aiguille déviera d'autant plus que la quantité de charge collectée sera grande. Les électrons du matériau déposé sur le plateau se répartiront le long de la tige en métal puis, tel des aimants, la tige et l'aiguille se repousseront, plus les matériaux déposé étaient électrisés plus l'aiguille et la tige se repousseront, c'est pourquoi l'angle entre les deux et représentatifs de la quantité d'électron qui étaient présent sur les matériaux.

Les différents types d'électrisation

  • Electrisation par contact


  • Electrisation par frottement


  • Electrisation par influence

L'électrisation par contact est le phénomène électrostatique par lequel des charges électriques se déplacent d'une substance vers une autre lorsqu'elles sont mises en contact l'une avec l'autre.

Electrisation par contact

Une idée d'expérience...

electrisation par influence

Expérience type "maison"

L'électrisation par influence est le phénoméne éléctrostatique par lequel on approche un matériau électrisé d'un autre, mais sans contact. Les charges à l'intérieur du matériau approché s'orientent alors et/ou se déplacent, même s'il est globalement neutre électriquement.

Lors du frottement du ballon avec la laine, celle ci aura tendance à donner des électrons au ballon qui va alors être chargé négativement.

Le ballon placé au dessus du moulin, va avec son excès d'électrons, attirer les charges positives de l'aluminium neutre, entrainant la rotation des pales du moulin.

Vous voulez refaire ce fabuleux moulin à convection pour des expériences toujours plus folles ?

Voici le lien du tuto ;)

https://www.youtube.com/watch?v=qi9vW_97Rxw


Expérience type "maison"

electrisation par frottement

L'éléctrisation par frottement est le phénoméne éléctrostatique par lequel un matériau perd ou acquiert des charges éléctriques lorsqu'il est frotté contre un autre matériau.

Lorsqu'on frotte un ballon sur ses cheveux, le ballon va arracher des électrons (charges négatives) aux cheveux, se chargeant progressivement négativement. A l'inverse, les cheveux vont se retrouver avec un déficit d'électrons et se chargent alors positivement.

Etant donné que deux charges opposées s'attirent, les cheveux et le ballon vont s'attirer et les cheveux se dresser sur la tête. De plus les cheveux puisqu'ils sont chargés positivement entre eux, ils vont donc chercher à se repousser, favorisant ce phénomène.

Démarche 1 : Montrer la série électrostatique à l'aide de l'électromètre

Hypothèse : Nous pensons que plus un matériel à une capacité à s'électriser, plus l'angle que va faire l'électroscope sera important.

Observations, résultats de l'expérience

et conclusion

Matériel : électromètre, bâton d'ébonite , différents matériaux (laine, fourrure synthétique, cellophane, aluminium)

Protocole :
- Frotter les différents matériaux avec un bâton d'ébonite durant une durée bien déterminée Δt= 10s
- Placer le bâton sur le socle de l'électromètre
- Mesurer l'angle fait par l'aiguille de l'électromètre

Série électrostatique

Résultats de la démarche 1 et conclusion

Pour voir avec précision les résultas obtenus, faire glisser la souris sur les barres de l'histogramme

Notre expérience en vidéo :

Histogramme présentant l'angle fait par l'électromètre en fonction du matériau utilisé

Observations et
conclusion

Nous pouvons observer que du côté des matériaux qui s'électrise positivement suite au frottement avec le bâton d'ébonite, on retrouve un ordre bien précis. L'angle mesuré le plus grand est lors de l'électrisation de la fourrure, puis la laine et enfin l'aluminium. L'électrisation mais cette fois ci négative du cellophane à fait un angle relativement important. Cet ordre respecte celui de la série électrostatique.

Suite à ces résultats, nous concluons que plus un matériau a une capacité à s'électriser, plus l'angle fait par l'électroscope est important. Avec cette expérience, nous retrouvons la série électrostatique. Notre hypothèse est validée.

Démarche 2 : relation durée électrisation- Angle fait par l'électromètre

Hypothèse : Nous pensons qu'il existe une relation entre la durée d'électrisation d'un matériau et l'angle que fait l'electroscope (intensité de l'electrisation).

Observations, résultats de l'expérience

et conclusion

Matériel : électromètre, bâton d'ébonite , aluminium

Protocole :
- Placer le rapporteur à ce que le centre 0 soit au niveau du centre de l'électromètre
- Electriser le bâton d'ébonite avec le matériau choisi (ici l'aluminium) pendant une durée bien déterminée
- Mettre le bâton au contact du socle de l'électroscope et mesurer l'angle que fait l'aiguille en phase de stabilisation

Résultats de la démarche 2 et conclusion

Notre expérience en vidéo :

Tableau associant l'angle fait par l'électromètre et le temps de frottement (dans l'ordre de la vidéo)

Observations et
conclusion

Nous pouvons observer que l'angle que fait l'électroscope n'est pas relié à la durée de frottement, en effet nous mesurons des angles de même valeur pour des durées de frottement très éloignées (comme pour l'angle 120° qui est retrouvé à Δ t = 2s et Δ t = 30s). Pour cette expérience, il n'y a pas rapport de proportionnalité entre l'angle mesuré et la durée de frottement entre l'ébonite et l'aluminium.

Suite à ces résultats, nous concluons que ce type d'expérience offre des résultats complètement aléatoires, puisque l'électrisation est influencée par plusieurs facteurs qui vous allez bientôt découvrir...

Conditions environnementales

Température, humidité de l'air...

Précision du matériel

L'électroscope mis à notre disposition, bien que suffisant pour ce genre d'expérience, n'était pas d'une extrême précision. En effet, l'aiguille indique une valeur en degré alors qu'il serait plus intéressant d'obtenir une valeur quantitative des électrons par exemple.

Précision de la manipulation

Intensité lors du frottement, temps pendant laquelle la personne frotte, autant de facteurs humains qui sont difficiles à supprimer.

Electrisation des expérimentateurs

En effet, nos vêtements (notamment ceux en laine, en polyester, etc) peuvent s'électriser au contact de notre peau. Cela nous rend ainsi électrisé et nous influons sur l'objet que nous souhaitons expérimenter.

Et bien d'autres...

Differents Facteurs Influants sur l'electrisation

Des solutions ?

Déplace la tache ;)

A chaque Probleme, sa solution

Conditions

Réaliser les expériences dans d'identiques conditions environnementales.

Expérimentateurs

Manipulation

Eviter les vêtements en laine et à base de plastique. Privilégier des vêtements en coton.

Utilisation d'un bras mécanique pour réaliser une électrisation.

Cela aurait règlerait, en effet, le problème de la manipulation .Par exemple, dans le cas d'une électrisation par frottement, le bras articulé permettra une régularité dans l'intensité et la vitesse de frottement.



Privilégier les matières situées dans

la catégorie "neutre ou quasi neutre"

On peut, par exemple, contrôler l'humidité de l'air avec un hygromètre et la température avec un thermomètre.


1. Wikipédia

8. Kartable

2. Youtube

3. 1jour1actu

4. SCIENCE&AVENIR

5. Techno-science

6. CNRS

7. La turbine Sciences

9. Le labo Sciences

10. Espace des sciences

Nos sources

Notre team

Quentin

Clara

Paul

FIN

Merci pour votre attention !


A une prochaine