Effet Joule

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Version actuelle en date du 1 juillet 2016 à 14:05

Modèle:Vidéo

Présentation de l'expérience

Comment transformer une mine de crayon en radiateur ou en ampoule ?

Comment l'électricité peut-elle produire de la chaleur ou de la lumière ?

Matériel

• 3 fils électriques
• 2 piles de 9V
• Des mines de crayon fines (en graphite)
• Des mines de crayon épaisses (en graphite)

L'expérience

La Manipulation

• Enrouler le premier fil sur la borne positive de la première pile.

• Enrouler le deuxième fil sur la borne négative de la deuxième pile.

• Tester les deux types de mines de crayon l’un après l’autre. Pour cela, placer chacune des extrémités des deux fils précédents sur chaque côté de la mine.

• Enrouler le troisième fil sur chacune des bornes libres des deux piles.

• Observer. Ne pas approcher les yeux, et ne pas laisser sans surveillance.

Que voit-on ?

Avec la petite mine

De la fumée se dégage autour de la mine. Puis celle-ci devient rouge et ensuite lumineuse (incandescente), comme une ampoule.

Quand la mine reste incandescente pendant une longue période, elle éclate. Il est conseillé de porter des lunettes de protection et une blouse. Attention à ne pas toucher le graphite pendant ou juste après l’expérience pour ne pas se brûler.

Avec la grosse mine

On observe un dégagement de fumée autour de la mine.

Explications

De manière simple

L’électricité circule dans le graphite car ce matériau est conducteur. Mais comme il s’agit d’un conducteur moyen, le passage du courant est plus difficile dans le graphite que dans un matériau très conducteur comme le métal. A cause de cette difficulté, le courant dépense plus d’énergie pour circuler. Cette énergie se dégage sous forme de chaleur, c’est pourquoi les mines chauffent. La mine la plus mince devient incandescente, car elle chauffe plus vite, la chaleur y devient si intense que le dégagement de chaleur s’accompagne d’une production de lumière.

Questions sans réponses

• Est-il nécessaire d'utiliser deux piles pour réaliser cette expérience ?
• Avec la grosse mine, pourquoi le dégagement de chaleur produit seulement de la fumée et pas de lumière ? Faudrait-il ajouter une ou plusieurs pile(s) pour obtenir le même résultat qu'avec la petite mine ?

Allons plus loin dans l'explication

Le courant électrique est un déplacement d'électrons. Il est produit ici par les piles de 9V et circule dans la mine une fois que le circuit est fermé, car le graphite, constitué de carbone, est un matériau conducteur. Tous les matériaux ont une résistance plus ou moins forte au courant. Plus cette résistance est importante, moins le matériau est conducteur. Le graphite est un conducteur moyen. Les atomes de la mine de crayon s'opposent dans une certaine mesure au passage du courant : la mine se comporte comme une résistance. La production de chaleur, aussi appelée effet joule, résulte de "l'accrochage" entre les électrons du courant électrique et les atomes de la mine.

Effet Joule sur Wikipédia

Liens avec d'autres expériences

Expériences sur Wikidébrouillard

• Ampoule à incandescence
• Conduction thermique : la chaleur au travers des matériaux

Applications : liens avec le quotidien

L’effet Joule est utilisé pour produire de la chaleur dans de nombreux appareils comme les plaques de cuisson, les grille-pains, les radiateurs… C’est aussi grâce à l’effet Joule que l’on produit de la lumière avec des ampoules à incandescence : chaque ampoule contient un filament qui chauffe et devient lumineux lorsque le courant y circule. On peut constater qu’au bout de quelques minutes de fonctionnement, il n'est plus possible de toucher ces ampoules sans se brûler.

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