CH 02 QU EST CE QU UN CIRCUIT ÉLECTRIQUE? INTRODUCTION : COMMENT RÉALISER UN MONTAGE PERMETTANT DE FAIRE FONCTIONNER UNE LAMPE? (Démarche d'investigation) Matériel : une boite d'électricité (par binôme). LA SITUATION PROBLEME : La Bretagne ne produisant pas assez d'électricité, il y a un risque important de coupure d'électricité les soirs d'hiver quand les températures sont particulièrement basses. Tu auras surement besoin de t éclairer et tu n es pas sûr que tes parents auront pensé à acheter bougies. Tu décides donc de te fabriquer un système d éclairage avec une lampe. JE RÉFLÉCHIS (HYPOTHÈSES) : - Imagine, sur une feuille une expérience, à partir du matériel mis à ta disposition, permettant de fabriquer ton système d'éclairage - Propose ta démarche au professeur - Dessin du montage Mais qui a éteint la lumière??? Personne!!! Pourtant les interrupteurs fonctionnent. Je crois que c'est une coupure d'électricité L EXPÉRIENCE QUE JE SOUHAITE REALISER : - Après accord du professeur, réalise le montage ; en respectant les consignes : travailler dans le calme et prendre soin du matériel. - Appelle le professeur pour qu il vérifie le montage. MES OBSERVATIONS : En réalisant ton expérience qu as-tu observé? MES CONCLUSIONS : Mon hypothèse de départ est-elle juste? PROLONGATION : Tu viens de réaliser ton montage mais tu souhaites l'améliorer. Tu veux pouvoir allumer ou éteindre la lampe sans rien débrancher. Comment vas tu t'y prendre?
I- UN CIRCUIT ELECTRIQUE SIMPLE 11- Notion de boucle Montage réalisé lors de la démarche d'investigation :??? Que faut il pour que la lampe brille? Quelle «allure» doit avoir le circuit? Pour que la lampe brille, il faut que la pile, la lampe et les fils électriques forment une boucle. Cet assemblage constitue un circuit électrique. 12- De quoi se compose obligatoirement un circuit électrique? Dans un circuit électrique, on trouve des dipôles. Un dipôle est un dispositif électrique qui ne comporte que deux bornes??? Deux type de dipôles compose obligatoirement un circuit électrique. Lesquels? Quels ont leurs rôles? Un circuit électrique comporte obligatoirement deux types de dipôles différents : un générateur et des récepteurs 121- Le générateur. A quoi sert un générateur? Un générateur fournit de l énergie électrique sous forme de courant électrique. Dans tout circuit électrique la présence d un générateur est donc indispensable. Remarque : Un générateur non rechargeable porte le nom de pile alors qu un générateur rechargeable porte le nom de batterie ou accumulateur????? Quand fut créé la première pile????? (Livre p 94) La 1ère pile fut inventée en 1800 par Alessandro VOLTA. Elle est constituée d'un empilement de disques de zinc, de disques de cartons imbibés d'eau salée et de disques de cuivre
122- Les récepteurs. A quelle condition un récepteur peut il fonctionner? Un récepteur est un dipôle qui ne peut fonctionner que lorsqu'il est traversé par un courant électrique (un récepteur consomme de l'énergie). Ex : - Une lampe - Un moteur - Une diode et une DEL - Une résistance 123- Bilan énergétique Un générateur fourni de l'énergie électrique a un récepteur qui la convertit en d'autres forme. Par exemple, une pile fournit de l'énergie électrique à une lampe. La lampe convertit cette énergie électrique en lumière (énergie lumineuse) et en chaleur (énergie calorifique). 13- A quoi sert un interrupteur? Montage réalisé lors de la démarche d'investigation (Prolongation) : A quoi sert l'interrupteur? Correction : - En fermant l interrupteur, la lampe brille : un courant électrique circule. - En ouvrant l interrupteur, la lampe ne brille pas : le courant électrique ne circule pas Conclusion : Pour qu'un courant électrique circule dans un circuit, on doit avoir une boucle fermée. De plus, quand l'interrupteur est fermé, l'énergie stockée dans la pile est convertie en énergie lumineuse et en chaleur par la lampe. 14- Etude d un générateur : la photopile????? Comment une photopile permet de faire briller une lampe???? La photopile convertie l'énergie lumineuse en énergie électrique. C'est sur le même principe que fonctionnent les panneaux solaires.
II- SCHEMATISATION D UN CIRCUIT ELECTRIQUE 21- Symbole des principaux composants électriques (polycopié et transparent) Composants électriques Symbole Pile plate, Pile ronde Générateur G Lampe (Nouveau symbole) Moteur M Résistance Diode Diode ElectroLuminescente (DEL) Interrupteur Ouvert Interrupteur Fermé Fils électriques 22- Schéma d un circuit électrique simple 221- Principe - Le circuit doit être en forme de rectangle ou de carré tant que cela est possible. - Les symboles ne sont jamais dans les coins. 222- Exercice Schématiser le montage du 13-
III- TOUS LES MATÉRIAUX SE COMPORTENT ILS DE LA MÊME MANIÈRE AVEC L'ÉLECTRICITÉ? (POLYCOPIE) 31- Démarche d'investigation : "A la recherche du cuivre perdu" Sur le marché mondial, le 23 août 2012, le cours du cuivre était de 6275 la tonne Situation problème : On peut lire dans les journaux depuis quelques années ces gros titres : Situation problème : On peut lire dans les journaux depuis quelques années ces gros titres : «Vol de cuivre : 430 foyers privés de téléphone et d'internet» Journal L'Union - L'Ardennais, édition du 19 juillet 2011 «Le Creusot : en flagrant délit de vol de cuivre», Le journal de Saône et Loire, publié le 23 août 2012 «Six hommes interpellés, soupçonnés du vol de 150 kg de cuivre de la SNCF», Journal Libération, 24 août 2012 Le cuivre est un matériau très utilisé car c est un bon conducteur de l électricité. Malheureusement, ce métal est très souvent volé à cause de cours élevé. Est-ce le seul matériau conducteur? Pourrais-tu le remplacer par un autre matériau si le collège s était fait voler tous les fils de connexion en cuivre? Matériel dont tu disposes : Tu disposes de tout le matériel d'électricité disponible dans la boite d'électricité (câbles, pile, lampes, diode, DEL, résistance, pinces crocodile, etc ) ainsi que de différents matériaux. Je réfléchis (hypothèse) Imagine, sur une feuille une expérience, à partir du matériel mis à ta disposition, permettant de savoir si un matériau est conducteur d électricité. Réalise un (des) schéma(s) normalisé(s) tu prendras comme symbole, pour les objets à tester : Objet Propose ta démarche au professeur. Je réalise le montage Après accord du professeur, récupère le matériel puis réalise le montage ; en respectant les consignes : travailler dans le calme et prendre soin du matériel. Appelle le professeur pour qu il vérifie le montage. Je communique mes résultats Rédige un compte-rendu de tes recherches. Tu expliqueras ta démarche, tu schématiseras ton (ou tes) montage(s) et tes résultats apparaitront sous forme de tableau. Conclus en citant trois matériaux qui pourraient remplacer le cuivre.
Correction Matériel : une pile 4,5 V, une lampe et sa douille, une DEL, 3 fils électriques et différents matériaux (voir tableau) (par binôme). On réalise l expérience suivante. Objet à tester Si la lampe brille, alors on en déduit que l'objet est un conducteur On observe et note pour chaque matière, dans le tableau ci-dessous, nos observations Matière La lampe brille? Conducteur? Air Non Non Verre Non Non Graphite (mine de crayon à papier) Oui Oui Cuivre Oui Oui Fer Oui Oui Bois sec Non Non Aluminium Oui Oui Plastique Non Non Zinc Oui Oui On peut donc remplacer le cuivre par du fer, du zinc, de l'aluminium ou du graphite 32- Conclusion Classer les différentes matières en 2 familles. Quelle est la propriété de chaque famille et a quelle position de l'interrupteur peut on la comparer? Quel nom peut on donner à chaque famille? Les matières qui laissent passer le courant électrique sont des conducteurs. Un conducteur se comporte comme un interrupteur fermé (et inversement) Les matières qui ne laissent pas passer le courant électrique sont des isolants. Un isolant se comporte comme un interrupteur ouvert (et inversement)
IV- EXERCICES (POLYCOPIE ET TRANSPARENT) Exercice N 1 Schématisez les deux circuits électriques suivants Exercice N 2 ( ref : 12p21 (Nathan 1998)) Un élève réalise le montage suivant : La lampe ne brille pas. Il conclut que la matière est un isolant électrique. a- Son interprétation est elle valable? b- Y a-t-il d autres interprétations? Si la réponse est oui, indiquez les. Exercice livre (Delagrave 2006) : 8 p 124 Exercice N 3 ( ref : 8p21 (Nathan 1998)) Les schémas suivants correspondent ils à des circuits électriques? Justifier votre réponse
Correction : Exercice 1 : Exercice 2 1- Oui cela peut être une explication valable car un isolant ne conduit pas le courant électrique et le courant électrique ne circule pas dans le circuit 2- Le fait que la lampe ne brille pas peut être également dû aux problèmes suivants : pile usée, lampe grillée ou un problème de connexion entre les fils et les dipôles Exercice 3 1- Ce n'est pas un circuit électrique car le montage ne forme pas une boucle 2- Ce n'est pas un circuit électrique car le montage ne forme pas une boucle 3- C'est un circuit électrique car le montage forme une boucle 4- C'est un circuit électrique car le montage forme une boucle mais le petit carré en bas à gauche est inutile Exercice 8 p 124
LES INDISPENSABLES DU CHAPITRE 02 Je retiens 1- Connaitre la notion de boucle fermée. 2- Connaitre les définitions de dipôle, générateur et récepteur. 3- Connaitre le rôle de l interrupteur. 4- Savoir reconnaitre différents composants électriques. 5- Connaitre les symboles des principaux composants électriques. 6- Savoir représenter le schéma normalisé d un circuit électrique. 7- Connaitre le sens conventionnel du courant électrique. 8- Connaitre la définition et la fonction d un conducteur ou d un isolant, et pourvoir en citer quelques uns. 9- Schémas p 92 et p 102 (sauf celui avec la diode). Je sais faire 1- Savoir réaliser un montage en boucle fermée. 2- Savoir réaliser un circuit électrique à partir d un schéma.