Sciences pour tous vous propose des réalisations en électronique, optique, astronomie...
Initiation à l'électricité
(difficulté: * très facile)
Les manips d'oncle Hub
Des manips simples d'initiation pratique à l'électricité avec un minimum de matériel et de théorie...
01* Entraîner à la main l'axe d'un moteur électrique en court-circuitant et sans court-circuiter ses fils de sortie : en court-circuit, on sent nettement une résistance plus importante à la rotation : l'énergie absorbée à cause du court-circuit freine le moteur.
02* Relier deux (bons) moteurs à courant continu ensemble par leur fils : entraîner à la main l'axe d'un moteur fait tourner l'autre moteur. inverser les fils inverse le sens de rotation : le premier moteur utilisé en générateur produit du courant continu qui entraîne le deuxième moteur.
03* Brancher un moteur électrique sur une pile plate 4.5 V : il tourne relativement vite. Aligner les 2 moteurs face à face et relier leurs axes mécaniquement ensemble avec un morceau de tube de plastique ou de caoutchouc. Brancher une pile plate de 4.5 V sur le moteur de gauche : l'ensemble tourne encore assez vite : ici le moteur de droite est entraîné par celui de gauche et sert de génératrice : il produit de l'électricité. Si on branche une ampoule sur le moteur de droite : la vitesse diminue un peu et l'ampoule s'allume. Si on relie entre eux les 2 fils du moteurs de droite : on le court-circuite : il débite du courant et l'ensemble est ralenti et tourne moins vite. En court-circuitant le moteur de droite, le moteur de gauche demande plus d'énergie à la pile pour continuer à faire tourner l'ensemble.
04* Disposer deux bouteilles transparentes reliées par un petit robinet pour aquarium. Remplir une bouteille d'eau colorée. la différence de niveau entre les deux bouteilles représente la tension. En ouvrant le robinet, on dispose l'équivalent d'une résistance électrique entre les deux bouteilles : l'eau se met à couler, le débit représente le courant électrique. Plus on ouvre le robinet, plus la résistance diminue et plus le courant augmente. Disposer une pile plate 4.5 V à coté des bouteilles : les 2 bouteilles sont équivalentes à la pile : la différence de niveau représente la tension : 4.5 V pour la pile, le courant circule de la bouteille pleine vers la bouteille vide : du + vers le - indiqués sur la pile. Si je branche une ampoule : une résistance aux bornes de la pile : le courant passe, traverse l'ampoule en faisant chauffer le filament et éclaire. De même, le robinet laisse passer le courant d'eau. Si je laisse l'ampoule éclairer longtemps, elle finit par faiblir puis s'éteindre. Si je laisse le robinet ouvert : les niveaux d'eau finissent par s'égaliser dans les deux bouteilles : il n'y a plus de tension. De même dans la pile : il n'y a plus de tension et une résistance ne fait plus circuler de courant: la pile est à plat, bonne à recycler.
05* Relier un moteur à une ampoule, en entraînant rapidement l'axe du moteur, en tirant sur une ficelle enroulée sur l'axe par exemple, l'ampoule s'allume : elle consomme le courant électrique produit par le moteur. Relier le moteur à une LED (diode électroluminescente : la LED s'allume. Tourner dans l'autre sens : elle ne s'allume plus : La LED contient un semi-conducteur, un petit cristal spécial (visible à l’œil) qui produit de la lumière s'il est traversé par un courant suffisant dans le bon sens. Inverser les fils du moteur sur la LED, c'est la même chose dans l'autre sens. NOTA : la LED est beaucoup plus sensible que l'ampoule : elle a besoin de moins de courant pour briller. Attention : si on branche une LED directement sur une pile, le courant, trop important, va probablement détruire la LED. Pour éviter cela, il faut mettre une résistance en série (100 ohms par exemple) dans le circuit: intercalée entre un des pôles de la pile et la LED.
06* Relier un moteur à une cellule solaire. Au soleil, le moteur tourne : la cellule convertit la lumière du Soleil en courant électrique continu qui entraîne le moteur. Prenez une grosse loupe et installez-la devant la cellule : la concentration de la lumière produit plus de courant et le moteur tourne plus vite...
07* Enrouler 50 spires de fil de cuivre isolé sur un diamètre de 100 mm (par exemple). Installer la bobine ainsi réalisée au-dessus d'une boussole. En reliant la bobine à une pile, l'aiguille aimantée de la boussole dévie. La bobine constitue un électro-aimant : le courant continu fourni par la pile produit un champ magnétique continu. Ce champ se compose avec le champ magnétique terrestre sur lequel s'aligne l'aiguille aimantée de la boussole.
08* Relier un haut-parleur à une pile : on entend un "cloc" : le champ produit par la bobine du haut-parleur attire l'aimant permanent : la membrane sort. En inversant la polarité, la membrane rentre : un haut parleur est constitué d'un aimant permanent fixe autour duquel est enroulé une bobine qui entraîne la membrane du haut-parleur quand elle est parcourue par un courant électrique.
09* Relier deux haut-parleurs par 2 fils de 2 ml. En collant l'oreille contre un haut-parleur, on entend quelqu'un parler dans l'autre haut-parleur : un interphone écologique sans piles! En parlant dans le premier haut-parleur, on fait vibrer sa membrane qui transforme ces vibrations en variations électriques transmises par les fils au second haut-parleur : sa bobine transforme le courant électrique variable en vibrations qui reproduisent le son produit dans le premier haut parleur.
10* Prenez un aimant en barreau: par exemple 10x10x50 mm. Enroulez 1 tour avec un carton de 0.5mm d'épaisseur environ. Enroulez un autre morceau de carton de 10 mm de large 1 tour. Bobinez du fil émaillé environ 0.5mm ou à défaut du fil isolé au moins 50 tours, 100 ou 200 si possible sur le 2e morceau de carton. Torsadez les 2 bouts de fil ensemble, on peut aussi les coller sur le 2e carton. Ôter le 1er morceau de carton: la bobine et le 2e morceau doivent maintenant glisser facilement le long de l'aimant. Si vous reliez les fils à une pile, la bobine va glisser vers la gauche. Si vous inversez les fils, elle va glisser vers la droite: vous avez fabriqué un moteur linéaire !
11* Si vous avez un micro ampèremètre à aiguille, branchez-le aux fils du moteur linéaire de l'expérience précédente. Si vous faites glisser assez vite la bobine le long de l'aimant, l'aiguille de l'ampèremètre va bouger dans un sens ou dans l'autre: le moteur marche à l'envers: il fabrique de l'électricité !
12* Enrouler 50 spires de fil de cuivre isolé sur un diamètre de 100 mm (par exemple). Installer la bobine ainsi réalisée au-dessus d'une boussole. En reliant la bobine à une pile, l'aiguille aimantée de la boussole dévie. La bobine constitue un électro-aimant : le courant continu fourni par la pile produit un champ magnétique continu. Ce champ se compose avec le champ magnétique terrestre sur lequel s'aligne l'aiguille aimantée de la boussole.
13* La nuit, avec une paire de jumelles (ou une longue-vue), observer un lampadaire au loin puis faire faire des petits ronds rapides aux jumelles tout en observant le lampadaire : on voit un cercle en pointillés. En faisant la même expérience avec un phare de voiture, le cercle est continu : la batterie de voiture produit du courant continu: l'éclairage du phare est constant. Le lampadaire est alimenté par le courant alternatif 50 Hz du réseau EDF qui change de sens 50 fois par seconde : l'intensité lumineuse clignote 100 fois par seconde. La persistance rétinienne de l’œil ne permet pas, en principe, de voir cette rapide variation. Sauf avec une paire de jumelles...
14* Dans un verre remplit d'eau (ça va mieux en ajoutant un peu de sel ou de vinaigre), plongez deux fils proches reliés à la pile, attendre quelques instants : les fils se recouvrent de bulles : c'est une électrolyse : un des fils dégage de l'oxygène et l'autre de l'hydrogène : l'eau est composée de ces deux gaz. Regardez mieux : il y a plus de bulles sur un des fils : celui où se dégage l'hydrogène. L'eau H2O est composée de plus d'hydrogène que d'oxygène. Dans les vaisseaux spatiaux, des piles spéciales font l'inverse: elles fabriquent l'électricité à partir d'oxygène et d'hydrogène embarqués à bord du vaisseau en dégageant un peu d'eau.
15* Brancher en
série, avec 3 fils, une pile, la résistance de 1000 
et la
LED : la LED s'allume. Ajouter une photo résistance LDR (une résistance
dont la valeur varie selon l'éclairage) aux bornes de la LED: dans
l'obscurité ou la pénombre, la LED s'allume. Au soleil, la photo
résistance prend tout le courant pour elle, il n'en reste plus assez
pour la LED : elle s'éteint. Installer maintenant la photo résistance
en série dans le circuit: c'est l'inverse : à l'ombre, la photo
résistance ne laisse passer aucun courant, au soleil, elle laisse
passer du courant et la LED s'allume. 3 composants : ça commence à
devenir compliqué !
16* Poser deux doigts sur les bornes d'une pile plate 4.5 V ou 9 V : Est-ce que du courant passe ? A priori non : on ne sent rien, il ne se passe rien. Intercaler dans le bon sens une LED entre un doigt et un des pôles de la pile. La LED ne s'allume pas ? mouiller les doigts et serrer fortement la LED et le pôle de la pile : la LED s'éclaire faiblement : quand on touche une pile, un courant circule, il est faible : on arrive à peine à éclairer une LED avec (visible dans la pénombre) mais il circule : le corps humain a donc une résistance. Si je mettais les doigts dans la prise de courant, au lieu de 4.5 V la tension serait de 230 V : le courant serait beaucoup plus important : je pourrais mourir électrocuté : les tensions importantes font circuler des courants élevés dans le corps humain et sont dangereuses. (Une tension de 50 V est déjà dangereuse)
17* On peut tout de même sentir le courant d'une pile: en posant sa langue sur les 2 languettes d'une pile plate 4.5 V on sent le courant qui pique la langue. Avec un peu d'habitude, on sait même si la pile est neuve ou un peu usée. Avec une pile 9 V, ça commence à piquer plus fort... ATTENTION : il ne faut jamais toucher autre chose qu'une pile avec la langue! et bien sur, surtout pas le secteur
18* Une astuce qui peut sauver la vie : si on a affaire à une partie métallique douteuse : la carcasse d'un vieux convecteur électrique, la poignée métallique d'un ancien sèche-cheveux, en cas de doute il NE FAUT PAS toucher les parties métalliques. Si on ne peut pas faire autrement, si on touche normalement avec les doigts, si l'appareil est défectueux, le courant va traverser la main, les muscles vont être contractés par le courant, il sera impossible d'enlever la main et on restera "collé". Pour éviter cela, quand on doit toucher une partie métallique douteuse, il faut le faire avec le dos de la main : le dessus des doigts de la main, coté ongle : si l'appareil est défectueux, le muscles vont se contracter, la main se referme et on sera automatiquement dégagé.
19* Acheter un tournevis d'électricien isolé lumineux "cherche-phase" (1.5 à 3 € en magasin). En tenant le tournevis par le manche, faire toucher la lame du tournevis à la terre d'une prise de courant : la tige métallique qui dépasse de la prise : rien ne se passe, mettre maintenant la lame dans le trou de gauche (le neutre) : rien, mettre la lame dans le trou de droite: la phase : le tournevis s'éclaire. (Attention : certaines prises électriques sont montées avec la phase à gauche). Par où passe le courant qui allume l'ampoule du tournevis ? par la main. La preuve : si je pose mon autre main à plat par terre, l'ampoule du tournevis s'éclaire plus fort, si je lâche le tournevis, toujours dans la prise, il s'éteint : le courant sort de la phase à 230 V, traverse le tournevis muni d'une ampoule spéciale très sensible et d'une résistance qui laisse passer très peu de courant pour ne pas électrocuter l'utilisateur (on voit l'ampoule en verre et la résistance avec des anneaux colorés dans le manche du tournevis) puis le courant traverse la main, le corps tout entier et retourne à la terre par les chaussures : les chaussures, le sol n'isolent pas très bien des tensions élevées : sans le tournevis spécial je pourrais être électrocuté en mettant un doigt dans un seul des trous de la prise.
That's All, folks !
Vous connaissez
d'autres "manips" électriques simples ?
Écrivez-nous : 
http://spt06.perso.libertysurf.fr