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.
