Chapitre C03. La conduction électrique

Chapitre C03.
La conduction électrique des solides et des liquides
I. Tous les solides sont-ils conducteurs ?
Rappel :
- Un matériau est un "conducteur" s'il laisse passer le courant électrique.
- Un matériau est un "isolant" s'il ne laisse pas passer le courant électrique.
A. Expérience.
TP : tous les solides conduisent-ils le courant électrique ?
Tu disposes de plusieurs objets solides : règle en plastique, plaque de cuivre, de zinc, de fer, d’aluminium,
craie, tige en verre, bandelette de papier, mine de critérium en graphite, bois, morceau de sucre… Chacun de
ces objets est constitué d’un matériau différent.
Tous ces solides conduisent-ils le courant électrique ?
Hypothèse
Conduisent le courant électrique
Ne conduisent pas le courant électrique
Matériau
Protocole expérimental
Liste le matériel dont tu
as besoin
Fais un schéma, au crayon à papier,
de l’expérience que tu vas réaliser
+
-
G
Réalise un circuit en série
comportant un générateur 6V,
une lampe, un interrupteur, deux
pinces crocodiles et votre
matériau à tester.
matériau
Après accord du professeur, récupère le matériel dont tu as besoin puis réalise tes expériences en respectant
les précautions expérimentales. Dans le tableau ci-dessous, note tes observations puis conclue au fur et à
mesure :
Observations et conclusion
Matériau
Observations
Plastique
Zinc
Craie
Aluminium
Verre
Papier
Graphite
Fer
Bois
Cuivre
Sucre
Chapitre C03 – Mme PINEL
Conclusion
Hypothèse
conducteur ou
isolant ?
validée ou
invalidée ?
Conclusion du TP
Tous les solides ne conduisent pas le courant électrique.
Néanmoins, tous les métaux sont des conducteurs.
B. Comprendre la conduction électrique dans les métaux
Comme toute la matière, les métaux contiennent des particules électriques chargées négativement
que l'on appelle des électrons
Dans les métaux, certains de ces électrons peuvent se déplacer.
Ils sont appelés « électrons libres »
Le courant électrique est dû au déplacement d'ensemble de ces électrons libres.
Dans les matériaux isolants, les électrons existent mais ils ne peuvent pas se déplacer. Il n'y a
donc pas de courant électrique.
INTERPRETATION
I = 0A
I
G
G
Interrupteur ouvert, pas de courant :
Les électrons se déplacent de façon
aléatoire autour du noyau.
Interrupteur fermé, le courant circule :
Les électrons libres, qui sont les plus
éloignés du noyau, se déplacent tous dans
le même sens, du - vers le + du
générateur.
Conclusion générale :
Le courant électrique dans les métaux est dû à un déplacement d'ensemble d'électrons
libres.
Les électrons libres se déplacent dans le sens inverse au sens conventionnel du courant
électrique :
Sens de circulation des électrons : du – vers le + du générateur.
Sens conventionnel du courant électrique : du + vers le – du générateur.
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II. Toutes les solutions sont-elles le courant électrique ?
A. Expérience.
TP : toutes les solutions conduisent-elles le courant électrique ?
Tu disposes de plusieurs solutions : eau minérale, eau déminéralisée, sulfate de cuivre, eau salée (chlorure de
sodium), eau sucrée (glucose).
Toutes ces solutions conduisent-elles le courant électrique ?
Hypothèse
Conduisent le courant électrique
Ne conduisent pas le courant électrique
Solution
Protocole expérimental
Liste le matériel dont tu
as besoin
Fais un schéma, au crayon à papier,
de l’expérience que tu vas réaliser
A
Réalise un circuit en série
comportant un générateur 6V,
une lampe, un interrupteur, un
électrolyseur, un ampèremètre et
votre solution à tester.
+
G
-
Après accord du professeur, récupère le matériel dont tu as besoin puis réalise tes expériences.
Après chaque test, il faut rincer l’électrolyseur, tout en respectant les précautions expérimentales. Dans le
tableau ci-dessous, note tes observations puis conclue au fur et à mesure :
Observations et conclusion
Matériau
Observations
Donner la valeur de
La lampe brille-t-elle ?
l’intensité I=
Conclusion
Hypothèse
conductrice ou
isolante ?
validée ou
invalidée ?
Eau minérale
Eau
déminéralisée
Sulfate de
cuivre
Eau salée
Eau sucrée
Conclusion du TP :
On appelle solution aqueuse tout liquide contenant de l’eau en grande majorité.
Toutes les solutions aqueuses ne sont pas conductrices.
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B. Quelle est la nature du courant électrique dans une
solution conductrice ?
Reprenons le même circuit que le TP précédent :
A l’état initial, on a dans l’électrolyseur du gros sel uniquement.
Le gros sel est un solide appelé chlorure de sodium, constitué de deux particules : des
particules de chlorure et des particules de sodium.
A
A
+
G
Ajout d'eau
déminéralisée
-
+
G
-
Gros sel
Eau salée
Observations :
Avec le gros sel, la lampe ne brille pas et l'ampèremètre indique I = 0 A.
Avec l'eau salée, la lampe brille et l'ampèremètre indique I = 150 mA.
Ce que l’on peut observer à l’échelle humaine s’explique par ce qui se passe à l’échelle
microscopique.
Faisons une analogie avec la conduction du courant électrique dans les métaux :
→ Dans les métaux, ce sont les électrons libres, particules chargées, qui se déplacent et
assurent le passage du courant.
Il existe donc, dans les solutions telles que le chlorure de sodium, des particules chargées,
capables de se déplacer
Ces particules chargées, en solution, sont appelées des "ions.".
Dans un solide ionique, les particules
chargées (ions) sont immobiles.
On a un assemblage ordonné.
Une fois en solution, ces ions se dispersent
au milieu des molécules d'eau.
Ils peuvent se déplacer librement.
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Remarque : Il existe des solides moléculaires dans lesquels il n'y a pas d'ions.
Dans ce cas, en solution, il n'y aura pas de courant électrique.
(Ex : dans une solution de glucose (eau sucrée), il n'y a que des molécules de glucose et
des molécules d'eau, toutes les deux non chargées)
Remarque : Quand vous mettez votre main dans du sel ou dans une solution salée,
êtes-vous électrisé ?
Nous ne sommes pas électrisés lorsqu'on met la main dans du sel ou dans de l'eau salée :
cela signifie qu'un solide ionique ou une solution ionique sont électriquement neutres.
Qu’est ce que cela signifie sur la quantité d'ions positifs et la quantité d'ions
négatifs au sein de la solution ou du solide ?
Donc, dans un solide ionique ou dans une solution ionique, il faut autant d'ions positifs que
d'ions négatifs.
Bilan :
Les électrons et les ions sont des particules chargées électriquement, contrairement aux
atomes et aux molécules qui sont électriquement neutres.
Les métaux (solides) possèdent des électrons libres qui sont capables de se déplacer (du
– vers le + du générateur).
Les ions (chargés positivement ou négativement) se déplacent uniquement dans les
solutions.
Les ions positifs se déplacent du + vers le – du générateur. Les ions négatifs se déplacent
dans l'autre sens.
Je dois savoir…
Chapitre C 03
✔ la définition de « conducteur » et « isolant » ;
✔ que seuls les métaux sont conducteurs ;
✔ que la conduction électrique est dû à un déplacement d'ensemble des électrons libres, dans
les métaux ;
✔ le sens de déplacement des électrons libres ;
✔ que toutes les solutions ioniques sont conductrices ;
✔ ce qu'il se passe lors de la dissolution d'un solide ionique ;
✔ qu'il existe, en solution, des ions chargés positivement et d'autres négativement, libre de se
déplacer ;
✔ le sens de déplacement des ions en solution
Chapitre C03 – Mme PINEL