1.1 La charge et son mouvement

Je déclare : solideprobablefragile

1. Deux charges, un atomeexplication

   Expliquer la charge électrique : il y en a deux signes, les semblables se repoussent, les contraires s’attirent, et la matière ordinaire est neutre.

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • l’élève nomme les deux sortes de charge, la positive et la négative ;
   • il dit que deux charges semblables se repoussent et que deux charges contraires s’attirent, et le montre sur un exemple (deux ballons frottés sur le même chandail qui s’écartent, un ballon frotté qui colle au chandail qui l’a frotté) ;
   • il explique que la matière ordinaire est neutre parce que chaque atome porte, dans son noyau, autant de protons positifs qu’il a d’électrons négatifs autour ;
   • il explique qu’un objet se charge quand des électrons passent d’un corps à l’autre, par exemple en frottant : celui qui en gagne devient négatif, celui qui en perd devient positif.
2. Conducteur et isolantexplication

   Expliquer pourquoi un métal a des électrons libres et pourquoi un isolant n’en a pas.

   Suppose : Deux charges, un atome

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • l’élève explique que, dans un métal, les électrons les plus extérieurs de chaque atome sont si peu liés qu’ils quittent leur atome et errent dans tout le métal, entre des ions positifs fixes : ce sont les électrons libres ;
   • il explique que, dans un isolant (le verre, le caoutchouc, le plastique, l’air sec), chaque électron reste lié à son atome, si bien que presque aucun n’est libre de se déplacer ;
   • il précise que les électrons libres ne sont pas des électrons en trop : le métal reste neutre dans l’ensemble ;
   • il en tire que le courant électrique est un mouvement d’ensemble de ces électrons libres, et que c’est pour cela qu’un métal conduit et qu’un isolant ne conduit pas.
3. Une boucle ferméeexplication

   Expliquer pourquoi un courant ne circule que dans une boucle fermée, de la source à la source, et ce qui se passe quand la boucle s’ouvre.

   Suppose : Conducteur et isolant

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • l’élève dit que le courant ne circule que dans un chemin conducteur continu qui part d’une borne de la source et revient à son autre borne : une boucle fermée ;
   • il explique que la source ne fabrique pas les électrons mais pousse ceux qui sont déjà dans les conducteurs, si bien que ce qui sort d’une borne doit pouvoir rentrer par l’autre ;
   • il explique qu’une seule ouverture, n’importe où dans la boucle, arrête le courant partout dans la boucle, et pas seulement à l’endroit de la coupure ;
   • il prend l’exemple de l’interrupteur, une ouverture voulue : fermé, il ferme la boucle et la lampe s’allume ; ouvert, il l’ouvre et la lampe s’éteint, même si elle reste branchée à la source par l’autre fil.
4. Les deux sens du courantexplication

   Expliquer le sens conventionnel du courant et le sens des électrons, et pourquoi les deux conventions cohabitent sans gêner les calculs.

   Suppose : Deux charges, un atome, Conducteur et isolant et Une boucle fermée

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • hors du générateur, le sens conventionnel va du + au − ; les électrons vont du − au + ;
   • l’origine : la convention a été fixée avant qu’on connaisse l’électron ;
   • pourquoi ça ne gêne pas : une charge négative qui va dans un sens équivaut à une charge positive égale qui va dans l’autre ; les calculs donnent le même résultat ;
   • lequel sert où : les schémas et les flèches des composants (la diode) suivent le sens conventionnel.
5. Un porteur par milieuexplication

   Nommer ce qui porte le courant dans un métal, des électrons, et dans un électrolyte (la pile, le pack, l’eau salée), des ions, et dire dans quel sens chacun va.

   Suppose : Conducteur et isolant et Un ion est chargé (acquis à l’entrée)

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • l’élève dit que, dans un métal comme le fil de cuivre, le courant est porté par les électrons libres ;
   • il dit que, dans un électrolyte comme l’eau salée ou l’intérieur d’une cellule du pack, le courant est porté par des ions positifs et des ions négatifs, et non par des électrons ;
   • il donne le sens de chacun : dans le fil, hors de la source, les électrons vont de la borne négative vers la borne positive ; dans l’eau salée entre deux électrodes branchées à une source, les ions positifs vont vers l’électrode négative et les ions négatifs vers l’électrode positive, donc en sens contraires ;
   • il ne transporte pas cette règle à l’intérieur d’une pile qui débite, où c’est la réaction qui pousse les ions, et où les ions positifs vont vers la borne positive.
6. Un courant d’ions dans la pileexplication

   Expliquer ce qui se passe dans une cellule : la réaction qui sépare les charges, les ions qui traversent l’électrolyte, les électrons qui font le tour par le circuit — une batterie est un courant d’ions à l’intérieur.

   Suppose : Un porteur par milieu, L’oxydoréduction échange des électrons (acquis à l’entrée) et Une boucle fermée

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • la réaction est une oxydoréduction : à une électrode des électrons sont cédés, à l’autre ils sont captés ;
   • les électrons ne traversent pas l’électrolyte : ils font le tour par le circuit extérieur ;
   • dans l’électrolyte, ce sont des ions qui migrent d’une électrode à l’autre et ferment la boucle ;
   • la conclusion dite : à l’intérieur de la cellule, le courant est porté par des ions.
7. Où le mouvement est entravédiagnostic

   Diagnostic : un contact qui chauffe, ou une pile qui ne débite plus au froid — dire quel mouvement de charges est entravé, et où.

   Suppose : Un courant d’ions dans la pile et Conducteur et isolant

   La grille brouillon

   Prouvé si :

   • pour le cas posé, l’élève nomme la panne : dans le contact, ce sont les électrons qui passent mal ; dans la pile froide, ce sont les ions qui migrent mal ;
   • pour le contact, il situe la cause : une surface oxydée, mal serrée ou trop petite fait une résistance là où il ne devrait presque pas y en avoir, et cette résistance chauffe quand le courant la traverse ;
   • pour la pile, il situe la cause à l’intérieur de la cellule, dans l’électrolyte froid où les ions avancent mal, et non dans les fils ;
   • il décrit le geste qui confirme : pour le contact, mesurer la chute de tension à ses bornes sous charge et la comparer à celle d’un contact sain ; pour la pile, la réchauffer et mesurer de nouveau sa tension sous charge.