Karamö, le prof virtuelLeçon 16 sur 22
Conducteurs et isolants électriques
Je sais tester si un matériau conduit le courant électrique, classer les matériaux en conducteurs et isolants et en tirer des règles de sécurité.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Réaliser et décrire un circuit de test de conduction
- Classer des solides et des liquides en conducteurs et isolants
- Expliquer simplement pourquoi un corps conduit (électrons libres, ions)
- Appliquer les règles de sécurité électrique à la maison
Avant de commencer : Le circuit électrique simple (pile, lampe, interrupteur, fils) ; les propriétés des métaux ; la structure de l'atome (noyau et électrons).
1Je découvre
Un soir de saison des pluies, à Nzérékoré, la lampe de la chambre de Fatoumata ne s'allume plus. Son frère Ibrahima ouvre l'interrupteur et découvre qu'un fil est coupé. Il n'a pas de fil électrique neuf. Il propose : « Je vais relier les deux bouts avec une ficelle ! » Sa sœur rit : « Une ficelle ne fera jamais passer le courant ! Essaie plutôt avec un trombone. »
Leur père arrive, coupe d'abord le courant au compteur, puis leur explique que certains matériaux laissent passer le courant et d'autres non. Il leur montre que le fil électrique est fait de cuivre à l'intérieur et de plastique à l'extérieur, et que le manche de son tournevis est en plastique épais. « Rien de tout cela n'est un hasard », dit-il.
Quels matériaux laissent passer le courant électrique, lesquels l'arrêtent, et comment le savoir ?
2Je comprends
1. Le circuit de test
Pour savoir si un matériau laisse passer le courant, on réalise un circuit de test : une pile, une lampe (ou une diode électroluminescente) et des fils reliés à deux pinces A et B. On place l'objet à tester entre les pinces A et B, en série dans le circuit.
- Si la lampe brille, le courant passe : le matériau est un conducteur électrique.
- Si la lampe reste éteinte, le courant ne passe pas : le matériau est un isolant électrique.
On vérifie d'abord le montage en reliant directement A et B : la lampe doit briller.
2. Les résultats pour les solides
| Matériau testé | La lampe | Conclusion |
|---|---|---|
| clou (fer), fil de cuivre, papier d'aluminium, pièce de monnaie | brille | conducteurs |
| mine de crayon (graphite, une forme du carbone) | brille (faiblement) | conducteur |
| bois sec, plastique, caoutchouc, verre | reste éteinte | isolants |
| papier, carton, tissu sec, ficelle | reste éteinte | isolants |
| porcelaine, céramique | reste éteinte | isolants |
Tous les métaux sont de bons conducteurs. Le graphite est un non-métal conducteur. Presque tous les autres solides courants sont des isolants.
3. Les résultats pour les liquides
On plonge deux électrodes (deux tiges de métal ou de graphite) dans un bécher contenant le liquide.
| Liquide testé | La lampe | Conclusion |
|---|---|---|
| eau distillée (eau pure) | éteinte | isolant (conduit extrêmement peu) |
| eau sucrée | éteinte | isolant |
| huile | éteinte | isolant |
| eau salée | brille | conducteur |
| jus de citron, vinaigre | brille | conducteurs |
| eau du robinet ou du puits | faible lueur (visible avec une diode) | conduit un peu |
L'eau pure conduit extrêmement mal. Mais dès qu'on y dissout du sel, un acide (citron, vinaigre) ou une base, elle devient conductrice. L'eau du robinet, de puits ou de pluie contient toujours un peu de substances dissoutes : elle conduit, un peu. Un liquide conducteur s'appelle un électrolyte ; tu l'étudieras en détail dans une prochaine leçon.
L'air sec est un isolant. Mais sous une tension énorme, comme lors d'un orage, il peut laisser passer le courant : c'est l'éclair.
4. Pourquoi certains corps conduisent-ils ?
Un courant électrique est un déplacement de charges électriques. Un corps conduit s'il contient des charges capables de se déplacer.
- Dans un métal, certains électrons de chaque atome ne restent pas attachés à leur atome : ce sont des électrons libres, qui peuvent circuler dans tout le métal.
- Dans une solution conductrice (eau salée), les charges mobiles sont des ions : des atomes ou groupes d'atomes qui ont perdu ou gagné des électrons.
- Dans un isolant (plastique, bois sec), tous les électrons restent liés à leurs atomes : aucune charge ne peut circuler.
- laissent passer le courant
- contiennent des charges mobiles
- métaux : cuivre, fer, aluminium, or
- graphite (mine de crayon)
- eau salée, jus de citron, vinaigre
- corps humain
- ne laissent pas passer le courant
- pas de charges mobiles
- plastique, caoutchouc, verre
- bois sec, papier, tissu sec
- eau pure, eau sucrée, huile, air sec
- porcelaine, céramique
5. Conducteurs et isolants travaillent ensemble
Un fil électrique associe les deux : l'âme en cuivre (conducteur) transporte le courant, et la gaine en plastique (isolant) empêche le courant de passer dans la main de celui qui le touche ou dans un autre fil. De même, les prises, les interrupteurs et les manches des outils d'électricien sont en plastique isolant ; les poteaux des lignes électriques portent des isolateurs en verre ou en porcelaine.
Méthode
Pour dire si un matériau est conducteur ou isolant :
- Je réalise le circuit de test et je vérifie qu'il fonctionne en reliant A et B.
- Je place le matériau entre A et B (ou les électrodes dans le liquide).
- J'observe la lampe : allumée → conducteur ; éteinte → isolant.
- Pour un liquide, si la lampe ne s'allume pas, je remplace la lampe par une diode ou un ampèremètre pour détecter un courant faible.
- Je conclus en expliquant la présence ou l'absence de charges mobiles.
Exemple
Sékou teste un crayon de bois taillé des deux côtés, en plaçant les pinces sur les deux bouts de la mine. La lampe brille faiblement. Puis il place les pinces sur le bois du crayon : la lampe reste éteinte. Explique.
La mine est en graphite, une forme du carbone qui contient des électrons libres : c'est un conducteur. Elle conduit moins bien qu'un métal, d'où la lueur faible.
Le bois sec est un isolant : aucune charge ne peut circuler, la lampe reste éteinte.
Exemple
Mariama teste de l'eau distillée : la lampe reste éteinte. Elle ajoute une cuillère de sel et remue : la lampe s'allume. Explique.
L'eau pure ne contient presque pas de charges mobiles : elle est pratiquement isolante.
En se dissolvant, le sel libère des ions qui peuvent se déplacer dans l'eau : la solution devient conductrice, la lampe s'allume.
6. Le corps humain et la sécurité
Le corps humain conduit le courant, car il contient beaucoup d'eau salée (sang, sueur). Si le courant du secteur traverse le corps, il peut provoquer des brûlures, un arrêt du cœur et la mort : c'est l'électrocution. La peau mouillée conduit encore mieux que la peau sèche.
Les règles à respecter :
- ne jamais toucher une prise, un fil ou un appareil électrique avec les mains mouillées ou les pieds dans l'eau ;
- ne jamais introduire d'objet métallique dans une prise ;
- couper le courant au compteur avant toute réparation ;
- ne jamais toucher un fil tombé à terre après un orage, et prévenir les adultes ;
- pendant un orage, ne pas s'abriter sous un arbre isolé.
3Je retiens
Je retiens
Un conducteur électrique laisse passer le courant ; un isolant ne le laisse pas passer.
On le teste avec un circuit : pile + lampe + objet placé entre deux pinces. Lampe allumée → conducteur.
Conducteurs : tous les métaux, le graphite, l'eau salée, les solutions acides ou basiques, le corps humain.
Isolants : plastique, caoutchouc, verre, porcelaine, bois sec, papier, air sec, eau pure, eau sucrée, huile.
Un corps conduit s'il contient des charges mobiles : électrons libres dans les métaux, ions dans les solutions.
Le corps humain conduit : ne jamais toucher un appareil électrique avec les mains mouillées.
4Erreurs fréquentes
- Croire que toute eau conduit bien : l'eau pure est pratiquement isolante ; ce sont les substances dissoutes (sel, acides…) qui la rendent conductrice.
- Penser qu'une lampe éteinte prouve toujours qu'un liquide est isolant : un courant faible ne suffit pas à allumer la lampe ; une diode ou un ampèremètre le détecte.
- Oublier de vérifier le circuit de test avant l'expérience : une pile usée donne de faux résultats.
- Croire que seuls les métaux conduisent : le graphite, les solutions salées et le corps humain conduisent aussi.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Classe les objets suivants en conducteurs et isolants : cuillère en aluminium, règle en plastique, clé en fer, gomme, bague en or, verre, mine de crayon, planche sèche, eau salée, huile.
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Conducteurs : cuillère en aluminium, clé en fer, bague en or, mine de crayon (graphite), eau salée.
Isolants : règle en plastique, gomme, verre, planche sèche, huile.
2Exercice 2
Définis : a) conducteur électrique ; b) isolant électrique ; c) électrolyte.
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a) Un conducteur électrique est un matériau qui laisse passer le courant électrique.
b) Un isolant électrique est un matériau qui ne laisse pas passer le courant électrique.
c) Un électrolyte est une substance qui, dissoute dans l'eau (ou fondue), donne un liquide conducteur du courant, grâce aux ions qu'elle libère.
3Exercice 3
Un fil électrique est formé de fils de cuivre entourés d'une gaine en plastique. Explique le rôle de chacune de ces deux parties.
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Les fils de cuivre sont conducteurs : ils transportent le courant. La gaine en plastique est isolante : elle empêche le courant de passer dans la personne qui touche le fil ou d'un fil à l'autre (court-circuit).
4Exercice 4
Alpha teste trois liquides avec une pile et une lampe : de l'eau distillée, de l'eau sucrée et du jus de citron.
a) Dans quel(s) cas la lampe s'allume-t-elle ?
b) Qu'est-ce qui permet au courant de passer dans ce liquide ?
c) Comment pourrait-il vérifier qu'un courant très faible passe dans un liquide qui n'allume pas la lampe ?
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a) La lampe s'allume seulement avec le jus de citron.
b) Le jus de citron est acide : il contient des ions qui se déplacent et transportent le courant.
c) Il peut remplacer la lampe par une diode électroluminescente ou brancher un ampèremètre en série : ils détectent des courants beaucoup plus faibles.
5Exercice 5
(Type BEPC) Pendant la saison des pluies, un fil électrique est tombé dans une flaque devant la maison de Kadiatou.
a) Le corps humain est-il conducteur ou isolant ? Justifie.
b) Pourquoi la situation est-elle particulièrement dangereuse quand le sol est mouillé ?
c) Donne trois règles de sécurité à respecter dans cette situation et à la maison.
d) Pourquoi les poteaux des lignes électriques portent-ils des pièces en verre ou en porcelaine ?
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a) Le corps humain est conducteur, car il contient beaucoup d'eau et de sels dissous (des ions).
b) L'eau de la flaque, qui contient des substances dissoutes, conduit le courant ; les pieds mouillés établissent un bon contact électrique : le courant peut traverser le corps jusqu'au sol.
c) Ne pas s'approcher ni toucher le fil ; prévenir un adulte et faire couper le courant ; ne jamais toucher un appareil électrique avec les mains mouillées ; couper le courant au compteur avant toute réparation.
d) Le verre et la porcelaine sont des isolants : ils empêchent le courant de passer des câbles vers le poteau et le sol.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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