Karamö, le prof virtuelLeçon 18 sur 18
Les aimants
Je sais quels objets un aimant attire, je connais ses deux pôles et leurs règles d'attraction et de répulsion, et je sais utiliser une boussole.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Savoir qu'un aimant attire le fer, l'acier, le nickel et le cobalt, mais pas tous les métaux
- Connaître les pôles nord et sud d'un aimant et la loi d'attraction et de répulsion
- Savoir qu'un aimant agit à distance, même à travers certains matériaux
- Expliquer le fonctionnement d'une boussole et citer des usages des aimants
Avant de commencer : La leçon « La matière » (matériaux et leurs propriétés).
1Je découvre
À Kamsar, Lansana accompagne son oncle chez un ferrailleur. Dans la cour, une grue soulève d'énormes tas de ferraille avec un gros disque suspendu à un câble : les morceaux de fer se collent au disque, puis retombent d'un coup dans un camion quand le grutier appuie sur un bouton. Les canettes en aluminium et les fils de cuivre, eux, restent par terre.
De retour à la maison, Lansana joue avec deux petits aimants récupérés dans un vieux haut-parleur. Parfois, ils se collent l'un à l'autre avec un petit « clac » ; parfois, quand il retourne l'un d'eux, ils se repoussent, comme s'ils se fuyaient. Il essaie aussi de soulever des objets : un clou, une pièce, une cuillère, une bague…
Qu'est-ce qu'un aimant, que peut-il attirer, et pourquoi deux aimants s'attirent-ils ou se repoussent-ils ?
2Je comprends
1. Les aimants et ce qu'ils attirent
Un aimant est un objet qui attire certains matériaux. Il en existe de formes variées : aimant droit (barreau), aimant en U (en fer à cheval), aimant en disque ou en anneau, et les petits aimants plats collés sur les portes de placards.
Un aimant n'attire pas tous les métaux. Il attire :
- le fer et l'acier (fait surtout de fer) : clous, trombones, épingles, vis, boîtes de conserve ;
- le nickel et le cobalt, deux autres métaux moins courants.
Il n'attire pas :
- les autres métaux comme l'aluminium (canettes, marmites), le cuivre (fils électriques), l'or et l'argent (bijoux) ;
- les non-métaux : bois, plastique, verre, papier, tissu, caoutchouc.
- clou et vis en fer
- trombone en acier
- boîte de conserve (acier)
- pièce de monnaie en acier
- canette en aluminium
- fil de cuivre
- bague en or
- règle en plastique, crayon en bois
Attention : on ne peut pas toujours deviner à l'œil. Certaines pièces de monnaie ou certaines cuillères contiennent du fer ou du nickel, d'autres non : seul le test avec l'aimant permet de savoir. Tous les objets attirés sont métalliques, mais tous les objets métalliques ne sont pas attirés.
2. Les pôles d'un aimant
Plonge un aimant droit dans de la limaille de fer (très petits morceaux de fer) : la limaille s'accroche surtout aux deux extrémités, presque pas au milieu. Ces deux zones où l'attraction est la plus forte s'appellent les pôles de l'aimant.
Tout aimant possède deux pôles : un pôle nord (N) et un pôle sud (S). Souvent, le pôle nord est peint en rouge ou marqué d'un N.
Si l'on casse un aimant en deux, on n'obtient pas un pôle nord seul et un pôle sud seul : on obtient deux aimants plus petits, qui ont chacun un pôle nord et un pôle sud.
3. La loi des pôles : attraction et répulsion
Approche deux aimants l'un de l'autre :
- un pôle nord et un pôle sud s'attirent ;
- deux pôles nord, ou deux pôles sud, se repoussent.
Des pôles de même nom se repoussent ; des pôles de noms différents s'attirent.
C'est ce qui arrivait à Lansana : quand il retournait un aimant, il présentait l'autre pôle, et l'attraction devenait une répulsion.
| Pôles face à face | Effet |
|---|---|
| N et S | attraction |
| S et N | attraction |
| N et N | répulsion |
| S et S | répulsion |
4. Un aimant agit à distance
Un aimant peut attirer un trombone sans le toucher : il suffit de l'approcher. On dit qu'il agit à distance. Plus on est loin, plus l'action est faible.
L'aimant agit même à travers une feuille de papier, un morceau de carton, une planche mince, une vitre ou de l'eau. On peut ainsi déplacer un trombone posé sur une feuille en bougeant l'aimant sous la feuille, ou récupérer une aiguille tombée au fond d'un verre d'eau sans se mouiller les doigts.
5. La boussole : un aimant qui montre le nord
Suspends un aimant droit par son milieu avec un fil, loin de tout objet en fer : il tourne puis s'arrête toujours dans la même direction, à peu près nord-sud. Son pôle nord pointe vers le nord géographique. C'est pour cela qu'on l'appelle « pôle nord ».
Une boussole contient une petite aiguille aimantée, légère, qui peut tourner librement sur un pivot. Elle s'oriente toujours de la même façon : son extrémité colorée (le pôle nord de l'aiguille) indique le nord. Les voyageurs, les marins et les géomètres l'utilisent pour s'orienter.
Pourquoi ? Parce que la Terre se comporte comme un énorme aimant : elle attire le pôle nord de l'aiguille vers le nord.
- 1Je pose la boussole à plat, loin de tout objet en fer et de tout aimant.
- 2J'attends que l'aiguille s'immobilise.
- 3Je tourne doucement le boîtier pour que la lettre N du cadran soit sous la pointe colorée de l'aiguille.
- 4Je lis les directions : nord devant la pointe, sud à l'opposé, est à droite, ouest à gauche.
Exemple
Situation : un aimant droit a ses pôles marqués. Lansana approche le pôle nord d'un deuxième aimant du pôle nord du premier, puis du pôle sud.
Question : qu'observe-t-il dans chaque cas ?
Réponse pas à pas :
- Pôle nord face à pôle nord : même nom, les aimants se repoussent.
- Pôle nord face à pôle sud : noms différents, les aimants s'attirent.
Conclusion : la loi des pôles est vérifiée.
Exemple
Situation : un aimant a perdu ses marques de couleur. Hawa dispose d'une boussole.
Question : comment retrouver le pôle nord de l'aimant ?
Réponse pas à pas :
- Le pôle nord de l'aiguille de la boussole est sa pointe colorée.
- Hawa approche une extrémité de l'aimant de la boussole.
- Si cette extrémité attire la pointe colorée (pôle nord de l'aiguille), c'est un pôle sud (noms différents s'attirent).
- Si elle repousse la pointe colorée, c'est un pôle nord (même nom, répulsion).
Méthode
Pour savoir si un objet est attiré par un aimant, et pourquoi :
- J'approche l'aimant de l'objet et j'observe : attraction ou non.
- Si l'objet est attiré, il contient du fer, de l'acier, du nickel ou du cobalt.
- S'il n'est pas attiré, il peut être en un autre métal (aluminium, cuivre, or) ou en un matériau non métallique.
- Si l'objet attiré est un autre aimant, j'observe aussi la répulsion possible en le retournant.
6. Aimanter un objet et utiliser les aimants
On peut aimanter une aiguille en acier en la frottant plusieurs fois, toujours dans le même sens, avec un pôle d'un aimant : elle devient elle-même un petit aimant, qui attire la limaille. Posée sur un bouchon de liège flottant sur l'eau, elle s'oriente nord-sud : c'est une boussole « faite maison ».
Les aimants sont partout autour de nous :
- boussoles pour s'orienter ;
- fermetures magnétiques de portes de placards et de réfrigérateurs, de sacs, de trousses ;
- haut-parleurs, écouteurs, moteurs électriques des ventilateurs, dynamos de vélo ;
- tri de la ferraille : chez le ferrailleur de Kamsar, le gros disque était un électroaimant, un aimant qui ne fonctionne que lorsque le courant électrique passe, et que l'on peut donc « éteindre » pour lâcher la ferraille ;
- tri des déchets : séparer les boîtes en acier des canettes en aluminium.
Précautions : un aimant peut perdre son aimantation s'il est chauffé fortement ou s'il subit des chocs répétés. On range les aimants droits par paires, pôles de noms différents côte à côte.
3Je retiens
Je retiens
Un aimant attire le fer, l'acier, le nickel et le cobalt ; il n'attire pas l'aluminium, le cuivre, l'or, ni les non-métaux.
Tout aimant a deux pôles, nord (N) et sud (S), où l'attraction est la plus forte.
Des pôles de même nom se repoussent ; des pôles de noms différents s'attirent.
Un aimant agit à distance, même à travers le papier, le bois mince, le verre ou l'eau.
L'aiguille aimantée d'une boussole indique le nord, car la Terre se comporte comme un grand aimant.
Usages : boussole, fermetures magnétiques, haut-parleurs, moteurs, tri de la ferraille (électroaimant).
4Erreurs fréquentes
- Croire qu'un aimant attire tous les métaux : l'aluminium, le cuivre et l'or ne sont pas attirés.
- Penser qu'en cassant un aimant on sépare le pôle nord du pôle sud : chaque morceau devient un aimant complet, avec deux pôles.
- Confondre les règles : ce sont les pôles de même nom qui se repoussent, pas ceux de noms différents.
- Utiliser une boussole près d'un objet en fer ou d'un aimant : l'aiguille est déviée et n'indique plus le nord.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Parmi ces objets, lesquels sont attirés par un aimant ? Un clou en fer, une canette en aluminium, un trombone en acier, un fil de cuivre, une gomme, une vis en acier, une bague en or, une feuille de papier.
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Sont attirés : le clou en fer, le trombone en acier, la vis en acier. Ne sont pas attirés : la canette en aluminium, le fil de cuivre, la gomme, la bague en or, la feuille de papier.
2Exercice 2
Recopie et complète :
a) Un aimant possède deux pôles : le pôle … et le pôle …
b) Deux pôles nord … ; un pôle nord et un pôle sud …
c) L'aiguille d'une boussole est un petit …
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a) Un aimant possède deux pôles : le pôle nord et le pôle sud.
b) Deux pôles nord se repoussent ; un pôle nord et un pôle sud s'attirent.
c) L'aiguille d'une boussole est un petit aimant.
3Exercice 3
Réponds par vrai ou faux et corrige.
a) Tous les objets métalliques sont attirés par un aimant.
b) Un aimant peut attirer un trombone à travers une feuille de papier.
c) Si l'on coupe un aimant en deux, on obtient un pôle nord seul et un pôle sud seul.
d) Le pôle nord de l'aiguille d'une boussole indique le nord.
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a) Faux : seuls le fer, l'acier, le nickel et le cobalt sont attirés ; l'aluminium, le cuivre ou l'or ne le sont pas.
b) Vrai : l'aimant agit à distance, même à travers le papier.
c) Faux : on obtient deux aimants plus petits, chacun avec un pôle nord et un pôle sud.
d) Vrai.
4Exercice 4
Trois aimants droits A, B et C sont posés en ligne. Le pôle nord de A attire l'extrémité X de B. L'autre extrémité Y de B repousse l'extrémité Z de C.
a) Quel est le nom du pôle X ? Justifie.
b) Quel est le nom du pôle Y ?
c) Quel est le nom du pôle Z ?
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a) Le pôle nord de A attire X : des pôles de noms différents s'attirent, donc X est un pôle sud.
b) Un aimant a deux pôles différents : X est le pôle sud de B, donc Y est le pôle nord.
c) Y (nord) repousse Z : des pôles de même nom se repoussent, donc Z est un pôle nord.
5Exercice 5
Au marché de Kindia, une vendeuse de ferraille reçoit un sac mélangé de clous en fer, de canettes en aluminium et de morceaux de fil de cuivre.
a) Comment peut-elle séparer rapidement les clous du reste ?
b) Pourquoi ne peut-elle pas séparer ainsi l'aluminium du cuivre ?
c) Les grues des ferrailleurs utilisent souvent un électroaimant. Quel avantage a-t-il sur un aimant ordinaire ?
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a) Elle passe un aimant au-dessus du tas : les clous en fer sont attirés et se collent à l'aimant ; l'aluminium et le cuivre restent.
b) L'aluminium et le cuivre ne sont attirés ni l'un ni l'autre par un aimant : l'aimant ne peut pas les séparer entre eux (il faut les trier à la main ou par une autre méthode).
c) Un électroaimant ne fonctionne que lorsque le courant passe : on peut le couper pour lâcher la ferraille à l'endroit voulu, ce qui est impossible avec un aimant ordinaire, qui garde toujours son attraction.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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