Séance 4 : Conducteurs / isolants

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1 Séance 4 : Conducteurs / isolants Les élèves construisent le circuit et testent la conductivité des différents matériaux. Ils notent leurs résultats sur la fiche. Organisation : en petits groupe de 2 ou 4. Matériel : une ampoule Une pile Un fil électrique Matériaux diverses trouvés dans la classe (papier, règle, mine de crayon, trombone) Divers matériaux (papier aluminium, laine, tissu, pierre, fil de fer, bâton, papier, élastique, cure-dents, ficelle, cuillers, vis, clous, trombones, crayons, ciseaux, bouchons en liège, attaches parisiennes, carton, verre, plastique, polystyrène, élastiques, mines de crayons, craies Que peut-on mettre à la place d'un fil conducteur pour allumer l'ampoule? Demander aux élèves si, selon eux, tout peut «transporter» l électricité (conducteurs ou non d électricité). Demander aux élèves de trouver dans la classe différents matériaux qui pourraient être testés. Faire la liste de ces matériaux et prédire leur possibilité de conduire ou non l électricité. Dessiner le montage électrique qui permettrait ce test. Tester les différents matériaux. Les objets testés peuvent être placés dans deux boîtes (une boîte pour ceux qui font briller l'ampoule et une autre pour ceux qui ne font pas briller l'ampoule). Les premiers résultats ne permettront pas toujours d'avancer une explication et

2 conduiront les enfants à recommencer l'expérience avec de nouveaux objets qu'ils choisiront dans la classe. Compléter le tableau avec les résultats.

3 LES CONDUCTEURS ET LES ISOLANTS Réalise ce circuit. Mets les différents matériaux entre les deux fils et coche la bonne case. L ampoule brille L ampoule ne brille pas papier aluminium bout de laine élastique (en caoutchouc) feuille de papier fil de fer pierre morceau de tissu bâton en bois

4 Nom : date : Prénom : Conducteur ou isolant? Défi : J imagine mon expérience. Schéma de l expérience : Matériel nécessaire : Prédictions et résultats sur les objets testés Objets Prédictions Résultats Conducteur Isolant Conducteur Isolant

5 Nom : Prénom : Date : Hypothèse Résultat Matériau conducteur isolant conducteur isolant Schéma du montage test : Le matériau est conducteur si l ampoule : Le matériau est isolant si l ampoule :

6 Regroupement - bilan Les enfants sont regroupés autour des boîtes qui contiennent les objets testés. Ils pourront dire s'ils ont réussi à allumer l'ampoule, montrer les objets qu'ils ont utilisés et vérifier si les objets testés sont bien placés. Les enfants tenteront de donner une explication et les arguments développés pourront être discutés. Ils classeront les objets selon la matière établissant le contact. Aboutir à la différenciation entre objet et matériau (par exemple, un groupe peut montrer qu'un crayon à papier est isolant, corps en bois et un autre prouve qu'il est conducteur, mine en graphite). Cette approche permet de classer des matériaux selon un critère. Dessiner les objets qui font briller l'ampoule Comparer ces derniers avec ceux qui ont été dessinés au début de la phase de recherche. Objet L'ampoule s'allume L'ampoule ne s'allume pas L'ampoule s'allume L'ampoule ne s'allume pas Gomme X Aluminium, acier, etc... Aluminium X ou Ce sont des Carton X conducteurs Papier, bois, etc... Ce sont des isolants Le courant passe dans des matériaux conducteurs. Il ne circule pas dans des matériaux isolants. Mots clés : conducteur, isolant électrique, matériau ou matière et quelques noms de matériaux.

7 Remarques : certains matériaux peuvent présenter des conductibilités électriques différentes (épaisseur, longueur, nature). L'éclat de l'ampoule peut diminuer légèrement. Si on veut tester un liquide (eau, huile, alcool, eau salée etc...), il faut utiliser un support constitué de deux lames en cuivre ou en fer se faisant face et séparées de 1 ou 2 cm ; il suffit de plonger ces électrodes dans le liquide à tester.

8 Electricité /eau Si on crée un circuit électrique avec une pile et une ampoule et que l on remplace un fil du circuit par de l eau, l ampoule a peu de chance de briller. Car en effet, le courant va passer mais il sera tellement faible qu il n allumera pas l ampoule et l expérience ne sera pas probante. Il faut donc modifier des paramètres et un seul à la fois. Ces paramètres sont : - la tension de la pile - la sensibilité du témoin lumineux (ampoule ou DEL?) - surface de contact des conducteurs du circuit avec l eau - écartement de ces contacts Expériences Expérience 1 : pile 4,5 V, ampoule et fils dénudés qui trempent dans l eau L ampoule ne s allume pas Expérience 2 : même montage en avec une 2ème pile en série avec la 1ère : l ampoule ne s allume toujours pas Expérience 3 : même montage en fixant aux extrémités des fils qui plongent dans l eau du papier aluminium pour augmenter la surface.

9 Dans ce dernier cas l ampoule va se mettre à rougeoyer à condition que les 2 feuilles d aluminium soient proches l une de l autre. On peut d ailleurs moduler la luminosité de l ampoule en faisant varier cet écartement. Si on remplace l ampoule par une DEL correctement branchée (elle est polarisée), elle s allume plus facilement car elle est 10 fois plus sensible que l ampoule. Pour accroître l effet lumineux on peut ajouter du gros sel mais là ce n est plus de l eau douce. L eau de mer est meilleure conductrice que l eau douce. Pour des matériaux très peu conducteurs, avant de conclure un peu trop rapidement qu ils sont isolants électriques, remplacer la lampe par une Diode ElectroLuminescente. Explication pour le maître : les DEL fonctionnent avec des courants d intensité très faibles (moins d un milliampère) et permettent de détecter des conducteurs de mauvaise qualité. Ce test, non exigible dans les nouveaux programmes est pourtant intéressant si on souhaite aborder les dangers de l électricité.