SNC1D/SNC1P Caractéristiques de l électricité/applications de l électricité. Durée

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1 SNC1D/SNC1P Caractéristiques de l électricité/applications de l électricité Activité par les élèves Circuits en série Sujets électricité dynamique circuits en série Durée préparation : 5 min activité : 20 min Attentes particulières SNC1D A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler une hypothèse. A1.8 Évaluer la fiabilité des données empiriques (p. ex., identifier les sources d'erreur et d'incertitude dans les mesures) ou de l'information recueillie ou la solution à un problème. A1.9 Analyser et synthétiser les données empiriques ou l'information recueillie (p. ex., traiter les données, choisir les unités SI appropriées, appliquer des techniques de conversion, sélectionner des citations, développer les idées principales et secondaires). A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. A1.11 Présenter des données empiriques, des renseignements recueillis au cours d'une recherche documentaire ou les étapes de la résolution d'un problème dans une forme appropriée (p. ex., diagramme, tableau, graphique, photographie). A1.12 Communiquer ses méthodes de recherche, ses idées et ses résultats en utilisant un mode de production attendu (p. ex., rapport de laboratoire, page Web, vidéo, exposé oral ou écrit). E1.4 Reconnaître les symboles et les fonctions des composantes d'un circuit électrique simple E1.5 Définir les principes du courant continu, du courant alternatif, de la différence de potentiel et de la résistance, et identifier les instruments servant à les mesurer (p. ex., voltmètre, ampèremètre, multimètre). E2.5 Concevoir et construire des circuits en parallèle et en série et effectuer des mesures de courant, de différence de potentiel et de résistance en utilisant les unités et les instruments appropriés (p. ex., concevoir une expérience pour déterminer l'effet de l'ajout d'une résistance sur l'intensité du courant et la différence de potentiel dans des circuits en série et en parallèle). [P, ER] E2.10 Communiquer oralement et par écrit dans différents contextes en se servant des termes justes dont : charge électrique, électricité statique, électricité dynamique, isolant, conducteur, attraction, répulsion, électroscope, induction, mise à la terre, paratonnerre, précipitateur électrostatique, pile, circuit, différence de potentiel, courant, résistance, résistance équivalente, coulomb, ampèremètre, voltmètre. [C] SNC1P A1.1 Repérer un problème de nature scientifique, poser des questions s'y rattachant et formuler une hypothèse.

2 A1.8 Évaluer la fiabilité des données empiriques (p. ex., identifier les sources d'erreur et d'incertitude dans les mesures) ou de l'information recueillie ou la solution à un problème. A1.9 Analyser et synthétiser les données empiriques ou l'information recueillie (p. ex., traiter les données, choisir les unités SI appropriées, appliquer des techniques de conversion, sélectionner des citations, développer les idées principales et secondaires). A1.10 Tirer une conclusion et la justifier. A1.11 Présenter des données empiriques, des renseignements recueillis au cours d'une recherche documentaire ou les étapes de la résolution d'un problème dans une forme appropriée (p. ex., diagramme, tableau, graphique, photographie). A1.12 Communiquer ses méthodes de recherche, ses idées et ses résultats en utilisant un mode de production attendu (p. ex., rapport de laboratoire, page Web, vidéo, exposé oral ou écrit). E1.3 Définir les principes du courant continu, du courant alternatif, de la différence de potentiel et de la résistance, et identifier les instruments servant à les mesurer (p. ex., voltmètre, ampèremètre, multimètre). E1.4 Reconnaître les symboles et les fonctions des composantes d'un circuit électrique simple E1.5 Distinguer les circuits en série des circuits en parallèle à partir d'observations. E2.3 Concevoir et dessiner des circuits simples, en parallèle et en série, en utilisant la notation et les symboles appropriés. [C] E2.8 Communiquer oralement et par écrit dans différents contextes en se servant des termes justes dont : charge électrique, électricité statique, électricité dynamique, isolant, conducteur, attraction, répulsion, électroscope, induction, mise à la terre, paratonnerre, pile, circuit, différence de potentiel, courant, résistance, ampèremètre, voltmètre. [C] Introduction Cette démonstration consiste à fabriquer deux circuits dans le but de comparer la luminosité d une ampoule électrique lorsqu elle est montée dans un circuit à une cellule et dans un circuit à trois cellules, branchées en série. À la rubrique des prochaines étapes, on compare également les différences de potentiel des deux circuits. Matériel Chaque groupe d élèves aura besoin de ce qui suit : 5 pinces crocodile 3 cellules (piles AA) une ampoule d au moins 4,5 v un commutateur Consignes de sécurité Une ampoule allumée devient très chaude après quelque temps. Évitez d y toucher et laissez refroidir l ampoule avant de la manipuler. Marche à suivre Partie 1 - Circuit à une cellule 1. Demandez aux élèves de construire un circuit simple en connectant ensemble avec des fils une cellule (pile), un commutateur et une ampoule (fig. 1).

3 Fig. 1 Montage du circuit à une cellule pour l étape 1 2. Observer Demandez aux élèves d observer la luminosité de l ampoule électrique. Partie 2 - Circuit à trois cellules en série 3. Demandez aux élèves de fabriquer le circuit illustré à la figure 2. Les cellules devraient être montées en série, comme illustré, mais le commutateur doit rester ouvert à ce moment. Fig. 2 Montage du circuit à trois cellules pour l étape 3 4. Prédire Demandez aux élèves de prédire la différence de luminosité de l ampoule électrique dans les deux circuits. 5. Expliquer Demandez aux élèves de justifier leurs prédictions en se basant sur leur connaissance de l électricité dynamique et des composants des circuits électriques simples. 6. Observer Demandez aux élèves de fermer le circuit afin de vérifier leurs prédictions. 7. Expliquer Demandez aux élèves de revoir leurs prédictions et de les comparer à leur observation.

4 Nettoyage Apportez les piles déchargées au poste de recyclage des piles de l école ou dans un magasin de rénovation résidentielle (p. ex., Home Depot, Canadian Tire). Dotez-vous d un plan d élimination des ampoules électriques cassées qui est conforme au protocole de la commission scolaire et qui convient à la municipalité. Qu est- ce qui se produit? Une ampoule électrique branchée à trois cellules montées en série brillera plus que si elle était alimentée par une seule cellule. Comment ça fonctionne? Toute autre chose étant égale, plus la différence de potentiel est grande de part et d autre de l ampoule, plus celle-ci brillera (voir la section «Prochaines étapes»). Lorsque les cellules sont branchées en série, la différence de potentiel totale des trois cellules est la somme des différences de potentiel individuelles. Par exemple, la différence de potentiel des trois cellules de 1,5 V est 4,5 V. Vous pourriez utilisez l analogie de la colonne d eau (consultez la rubrique Ressources supplémentaires) pour illustrer l accroissement de la différence de potentiel dans des piles montées en série. Prenons une colonne d eau d une hauteur x avec un orifice à la base par lequel l eau peut s écouler. La différence entre l énergie gravitationnelle potentielle au sommet et à la base de la colonne est déterminée par la «hauteur» de celle-ci. De la même façon, la différence de l énergie électrique potentielle d une cellule est déterminée par la «hauteur» ou différence de l énergie électrique potentielle entre les alvéoles positive et négative de la cellule. Le fait de brancher trois cellules en série est comparable au fait d utiliser une colonne d eau trois fois plus haute que la colonne de hauteur x. Par conséquent, l énergie gravitationnelle potentielle de la colonne d eau est trois fois plus grande que celle de la colonne de hauteur x. Donc, la différence de potentiel des trois cellules montées en série est trois fois plus grande de celle d une seule cellule. Suggestions/conseils pour l enseignante ou l enseignant 1. Vérifiez toutes les piles avant l activité afin de vous assurer qu elles présentent toutes une différence de potentiel presque identique. 2. Démontrez l analogie de la colonne d eau en utilisant un tube de plastique. Les élèves pourront ainsi mieux comprendre pourquoi un montage en série de cellules dans un circuit produit plus de luminosité dans l ampoule électrique à cause de la plus grande différence de potentiel. Prochaines étapes Répétez l activité en utilisant : un voltmètre pour mesurer la différence de potentiel entre les cellules et de l ampoule électrique. Appliquez ces valeurs à la luminosité de l ampoule électrique; trois piles branchées en parallèle.

5 Ressources supplémentaires 1. Site Web interactif de construction de circuits : (en anglais seulement) 2. Ressource de l APSO : applications pratiques de cellules branchées en série - (en anglais seulement) 3. Ressource de l APSO : leçon sur les cellules et les piles sources montées en série et en parallèle (en anglais seulement) 4. Ressource de l APSO : analogie de la colonne d eau (en anglais seulement)