UAA5 - enseignement Catholique

HPT
Formation scientifique
UAA5
AUTEUR : Philippe Godts
9 octobre 2014
Conseils didactiques
Circuit électrique de base
L’électricité présente de nombreux défis pour le professeur dans la préparation de son cours. Les
élèves peuvent en effet avoir de nombreuses préconceptions erronées dans ce domaine. Par exemple,
ils se représentent souvent les piles, batteries et autres générateurs comme des réservoirs d’électricité
ou d’électrons, et les récepteurs comme des absorbeurs, annihilateurs. Les élèves ne font
généralement pas le lien entre la production d’électricité par une pile et la réaction chimique nécessaire.
Malgré le cours du 1er degré, les élèves pensent encore souvent qu’un interrupteur est ouvert lorsqu’il
laisse passer le courant et fermé dans le cas contraire. De plus, ils imaginent qu’une lampe peut être
alimentée par un seul fil relié à la borne positive d’un générateur, et que l’interrupteur doit
obligatoirement être placé entre cette borne positive et le récepteur pour empêcher le courant de
l’atteindre. D’autres élèves pensent qu’il faut deux conducteurs pour relier le générateur et le récepteur
parce que c’est la réunion de deux courants antagonistes qui permet au générateur de fonctionner.
Une erreur également très répandue consiste à penser que les charges électriques se déplacent à
grande vitesse dans un conducteur.
C’est l’aspect immédiat et systémique des manifestations électriques dans l’ensemble d’un circuit qui
impressionne, voire perturbe nombre d’élèves : l’électricité semble abolir l’espace et le temps,
contrairement à la plupart des autres phénomènes étudiés en sciences en début de secondaire qui,
eux, sont très localisés (les forces, les propriétés de la matière, les êtres vivants,…) et prennent du
temps (la croissance des êtres vivants, les transferts d’énergie thermique,…).
Développements attendus
Utiliser une analogie pour différencier une tension électrique d’une intensité de courant (C1).
L’élève associe la tension électrique et l’intensité de courant à des éléments différents d’une analogie courante telle
qu’un circuit d’eau, un circuit de voiture, une piste de ski...
Citer différents exemples de générateurs électriques et indiquer la transformation d’énergie dont ils sont le siège
(C2).
L’élève cite différents exemples de générateurs électriques et indiquer la transformation d’énergie dont
ils sont le siège.
Citer différents exemples de récepteurs et indiquer la transformation d’énergie dont ils sont le siège (C3).
L’élève cite différents exemples de récepteurs et indique la transformation d’énergie dont ils sont le
siège.
Identifier les conditions de circulation d’un courant électrique dans un circuit (C4).
L’élève identifie la présence d’un générateur, d’une suite ininterrompue de conducteurs électriques et de récepteurs
formant un circuit fermé.
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1
Exemples de situations d’apprentissage
Descriptif
Développements
attendus principalement
visés
Mettre en scène tous les élèves d’une classe pour
représenter les différents éléments d’un circuit électrique
simple
C1, C4
Fiches d’activité (FA)
FA1 « Mise en scène
du circuit électrique »
Fiches d’expérience (FE)
FE1 « Circuits
électriques simples »
Se familiariser avec les schémas des circuits électriques
et de construire quelques circuits simples
C4, A1
FE4 « Energie
chimique, énergie
électrique »
Montrer que l’énergie électrique peut produire un effet
chimique et vice versa
C2, C3, C4
FE7
« Transformations
d’énergie
électrique »
Repérer les différentes transformations d’énergie dans
différents récepteurs et dans différents générateurs
C2, C3
Fiches d’investigation (FI)
FI1 « Assemblage
d’éléments
voltaïques»
Concevoir un circuit électrique permettant d’allumer une
LED ou une ampoule
C1, C2
Autre activité possible
Analyser des documents à propos de différents dispositifs de production d’énergie
électrique (turbine d’un barrage hydraulique, panneau photovoltaïque, éolienne,
pile, accumulateur, piézoélectrique,…) et identifier l’énergie primaire
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C2
2
Notions mises en place







Un circuit électrique est composé d’au moins un générateur et un récepteur raccordés par deux
conducteurs.
Un générateur est un dispositif transformant de l’énergie primaire (chimique, mécanique,
lumineuse,…) en énergie électrique en la communiquant aux charges électriques le traversant.
Un générateur possède donc toujours deux bornes devant être raccordées au circuit.
Un récepteur est un dispositif transformant de l’énergie électrique en une énergie secondaire
(chimique, mécanique, thermique…) en la prélevant aux charges électriques le traversant.
Tout comme le générateur, le récepteur possède – au moins – deux bornes devant être
raccordées au circuit.
Pour que le récepteur et le générateur fonctionnent, il faut relier chacune des deux bornes du
récepteur aux bornes du générateur au moyen de deux conducteurs.
Quand le circuit ainsi formé est ininterrompu, on dit que le circuit est fermé : un courant électrique,
constitué de charges électriques, circule dans celui-ci. Historiquement, on a pris l’habitude de
décrire le courant électrique comme allant de la borne positive à la borne négative du générateur
en traversant le récepteur : c’est le sens conventionnel du courant.
Les charges électriques ne s’accumulent en aucun endroit du circuit. Elles se mettent toutes en
mouvement simultanément dès que le circuit est fermé, et au contraire, s’arrêtent toutes
simultanément dès qu’on ouvre le circuit en un point quelconque, par exemple au moyen d’un
interrupteur.
Un court-circuit survient quand le courant électrique peut circuler entre les deux bornes d’un
générateur sans devoir passer par un récepteur. Celui-ci est à éviter car il endommage les
générateurs, voire les conducteurs. Certains générateurs (transformateurs de labos) sont équipés
d’un système de protection contre les courts-circuits (voir plus loin, sécurité électrique).
Les seules manifestations extérieures du courant électrique sont donc liées à l’énergie à investir
au niveau du générateur (la dynamo qu’il faut faire tourner, le transformateur qu’il faut raccorder
au secteur, la cellule photovoltaïque qu’il faut éclairer, la pile dont il faut remplacer les réactifs,…)
et les effets observables au niveau du récepteur. Ces effets peuvent être de plusieurs types.
o Effet thermique (et éventuellement incandescent) : résistances chauffantes, lampes à
incandescence,…
o Effet mécanique : moteurs, haut-parleurs,…
o Effet chimique : cuves d’électrolyse, accumulateurs lors de la recharge,…
o Effet électroluminescent : tubes luminescents, LED (diodes électroluminescentes),
écrans de TV et PC,…
o Effet électromagnétique : GSM, routeurs Wifi,…
Remarques pour le professeur
Faut-il interpréter le courant électrique en termes de déplacement d’électrons ?
L’interprétation atomique (à l’aide des électrons) de l’électrisation et du courant électrique n’est pas
nécessaire dans cette UAA, et ne sera éventuellement évoquée qu’après la mise en place du modèle
de l’atome (UAA 9). Ainsi, on pourra se contenter de définir le générateur comme un dispositif
communiquant de l’énergie aux charges (positives) qui le traversent, à la manière d’une pompe pour
les molécules d’eau, d’un remonte-pente pour des skieurs,… Dans le même esprit, on pourra se
contenter de définir le récepteur comme un dispositif prélevant de l’énergie aux charges qui le
traversent, à la manière de ce qui se passe dans une chute d’eau, ou quand des skieurs dévalent
une pente.
Quelle place donner aux analogies ?
L’enseignant veillera à aborder au moins deux analogies différentes, possédant chacune leurs
limites, pour que l’élève n’identifie pas le circuit électrique avec une analogie particulière.
Faut-il insister sur les différents effets du courant électrique ?
L’observation attentive des différents effets du courant électrique permettra à l’élève de démystifier
quelque peu le caractère mystérieux de l’électricité, tout en prenant la distance nécessaire par
rapport aux analogies. L’effet thermique pourra être détaillé dans la foulée de la notion de résistance
électrique (voir section sur les grandeurs électriques, dans ce document). Quant à l’effet chimique,
on renverra l’élève au cours de chimie, et pour les effets électromagnétiques au cours de physique
du troisième degré.
Les générateurs seront aussi considérés comme des « boîtes noires » à ce stade.
Liens avec les autres disciplines, liens avec la vie courante
 La structure de l’atome, en chimie (UAA 9).
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Circuits et schémas électriques
Les élèves pensent que dans un circuit comportant plusieurs récepteurs raccordés en série, l’intensité
du courant et/ou la vitesse des charges diminue après avoir traversé chaque récepteur.
Plus généralement, les élèves ne considèrent pas un circuit comme un système et croient que le
fonctionnement de récepteurs branchés en série est séquentiel. Ainsi, beaucoup d’élèves croient que
l’ajout d’un nouveau récepteur en série n’a pas d’effet sur les récepteurs précédents.
Développements attendus
Construire un circuit électrique à partir d’un schéma (A1).
Face au schéma électrique d’un circuit simple sans dérivation (TP),
Face au schéma électrique d’un circuit simple, série ou parallèle (TQ),
l’élève :
• reconnait la signification des symboles utilisés ;
• sélectionne le matériel nécessaire à la construction du circuit ;
• construit le circuit correspondant au schéma de départ.
Identifier les conditions de circulation d’un courant électrique dans un circuit (C4).
L’élève identifie la présence d’un générateur, d’une suite ininterrompue de conducteurs électriques et de
récepteurs formant un circuit fermé.
Exemples de situations d’apprentissage
Descriptif
Développements
attendus principalement
visés
Fiches d’expérience (FE)
FE2 « Circuits
électriques série et
parallèle »
Explorer les combinaisons des situations combinant
plusieurs récepteurs et/ou interrupteur
C4, A1
Autres activités possibles
Représenter un circuit réel sous forme d’un schéma électrique et d’y indiquer le
sens conventionnel du courant. Ce circuit peut comprendre une pile, un
interrupteur, une lampe, une LED, un moteur,… montés en série ou en parallèle.
Prévoir ce qui se produit si on inverse les bornes du générateur
C4
Sur base du schéma d’un circuit pouvant par exemple comporter :

des lampes ou LED montées en série ou en parallèle,

une lampe montée en série avec un interrupteur et un groupement de deux
lampes montées en parallèle ; une des deux lampes montées en parallèles
est en outre mise en série avec un interrupteur,

une lampe commandée par deux interrupteurs distincts,
décrire le schéma, puis monter le circuit.
A1
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Notions mises en place





La plupart des circuits comportent plusieurs récepteurs.
Les récepteurs peuvent être branchés en série en raccordant une borne d’un récepteur à une
borne du récepteur suivant, etc. Si une des connexions est déficiente, ou si un des récepteurs
ne laisse plus passer le courant, puis aucun courant ne circule dans le circuit.
Les récepteurs peuvent aussi être branchés en parallèle ou en dérivation, en raccordant
respectivement la première et la deuxième borne de tous les récepteurs ensemble. Une déficience
d’une connexion ou d’un récepteur n’a normalement pas de conséquence sur le fonctionnement
des autres.
Le schéma électrique représente l’agencement des différents composants d’un circuit électrique,
en utilisant des symboles conventionnels.
Symboles des composants usuels :
Générateur de tension
continue (symbole
Interrupteur (ouvert)
général)
Commutateur
Le contact est établi soit
Pile
entre les bornes A et B
(voir illustration), soit
entre les bornes A et C
Récepteur (symbole
général)
A
C
Résistance, rhéostat,
résistance
chauffante…
Résistance variable
Lors du réglage, on
modifie à la fois la
valeur de la résistance1
entre les bornes A et C
et la valeur de la
résistance entre les
bornes C et B. La
valeur de la résistance
entre les bornes A et B
reste constante.
Ampoule,
lampe
incandescence
M
à
Moteur
Diode
électroluminescente
(LED)
Ce
récepteur
ne
fonctionne que quand le
courant y circule dans le
sens indiqué par la
flèche (de la borne + à la
borne -)
Remarques pour le professeur
Faut-il multiplier les schémas électriques abordés ?
Les schémas électriques ne feront pas l’objet d’un traitement systématique. On privilégiera les
schémas des circuits montrés ou montés lors des expériences, et en lien avec des observations
concrètes.
Grandeurs électriques
Les élèves comprennent difficilement les rôles différents des deux principales grandeurs
caractéristiques des circuits électriques : le courant et la tension.
A propos de l’unité fréquemment utilisée pour mesurer l’énergie électrique, les élèves ne comprennent
pas la signification du kilowattheure : ils la confondent avec une puissance (kilowatt) ou parlent de
kilowatt par heure, ce qui n’a aucun sens.
1
Voir section « Grandeurs électriques » ci-dessous.
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Développements attendus
Utiliser une analogie pour différencier une tension électrique d’une intensité de courant (C1).
L’élève associe la tension électrique et l’intensité de courant à des éléments différents d’une analogie courante,
telle un circuit d’eau, un circuit de voiture, une piste de ski...
Établir expérimentalement comment varie l’intensité du courant dans un circuit quand la résistance varie à tension
constante (A2).
L’élève construit ou utilise un dispositif expérimental permettant de vérifier qu’à tension constante, l’intensité du
courant diminue quand la résistance augmente.
À l’aide d’un ohmmètre, comparer la résistance du corps humain dans différentes conditions (A3).
L’élève utilise de manière adéquate un ohmmètre pour mesurer la résistance du corps humain en variant certains
paramètres (par exemple : la peau mouillée ou sèche, la présence ou non de vêtements).
Illustrer la notion de kWh dans une situation de la vie courante (C5).
L’élève calcule la quantité d’énergie électrique consommée en kWh par un appareil, connaissant sa puissance et
la durée d’utilisation.
À l’aide d’un énergimètre (wattheuremètre), estimer la consommation annuelle d’un appareil en fonctionnement et
en mode veille (A4).
L’élève utilise de manière adéquate un énergimètre pour mesurer la consommation d’un appareil de la vie
quotidienne (par exemple : chargeur de GSM, ordinateur, TV) et extrapole la valeur obtenue de l’énergie
transformée à une année.
Sur base documentaire, proposer des solutions pour diminuer la consommation d’énergie électrique d’une
habitation, dans une perspective de développement durable (T1).
A partir d’informations concernant les quantités d’énergie électrique consommées par les différents récepteurs
d’une habitation et les alternatives éventuelles, l’élève propose des changements de récepteurs, de forme
d’énergie primaire, ou des modes d’utilisation.
Exemples de situations d’apprentissage
Descriptif
Développements
attendus principalement
visés
FA1 « Mise en scène
du circuit électrique »
Mettre en scène tous les élèves d’une classe pour
représenter les différents éléments d’un circuit électrique
simple
C1, C4
FA2 « Fil électrique
chauffant
(incandescence) »
Comprendre pourquoi un fin fil conducteur relié à un
générateur s’échauffe au fur et à mesure qu’on le
raccourcit, jusqu’à finir par pouvoir enflammer des
morceaux de papier et fondre
A2
Fiches d’activité (FA)
Fiches d’expérience (FE)
FE3 « Tension
électrique »
Considérer la tension comme l’énergie communiquée aux
charges électriques traversant le générateur
C4, A1
FE5 « Courant et
résistance
électrique »
Montrer comment varie l’intensité du courant dans un
circuit quand la résistance change
C3, A2, A3
FE8 « Puissance et
énergie électriques »
Justifie la loi P = U.I, puis comparer la puissance d’un
récepteur mesurée à l’aide d’un wattmètre avec celle
indiquée par le constructeur. Enfin, estimer la
consommation d’un appareil et vérifier la valeur obtenue à
l’aide d’un wattmètre
C5, A4, T1
Autres activités possibles
Mesurer, à l’aide d’un ohmmètre, la résistance d’un matériau ou du corps humain
dans différentes circonstances (contacts secs, contacts mouillés à l’eau pure,
contacts mouillés avec de la salive,…)
A3
Disposant du prix, de la durée de vie et du nombre de lumens d’une ampoule
halogène et d’une ampoule LED, comparer le coût financier et le coût énergétique
de l’éclairage d’une pièce lorsqu’on veut un éclairage de 200 lumens. Note : le
coût du KWh supposé constant dans le temps est également donné.
T1
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Notions mises en place






La tension électrique aux bornes d’un générateur est la quantité d’énergie acquise par chaque
charge unitaire (de un coulomb) qui le traverse. La tension électrique aux bornes d’un récepteur
est la quantité d’énergie cédée par chaque charge unitaire qui le traverse. Le symbole de la
tension électrique est « U », son unité SI est le volt (V) et elle se mesure en raccordant un
voltmètre en parallèle avec le générateur ou le récepteur.
Le courant électrique (ou intensité de courant) en un point d’un circuit est la quantité de charge
qui y circule par unité de temps. Le symbole du courant électrique est « I », son unité SI est
l’ampère (A) et il se mesure en en ouvrant le circuit à l’endroit où on désire le mesurer, et en y
raccordant un ampèremètre en série. Quand plusieurs générateurs ou récepteurs sont raccordés
en série, un même courant électrique circule dans chacun d’eux.
La résistance électrique d’un récepteur est une mesure de la difficulté à y faire circuler un
courant électrique. Son symbole est « R ». Elle se calcule en effectuant le quotient de la tension
électrique qu’on établit aux bornes du récepteur par le courant électrique qui y circule sous cette
tension, ce qui se traduit par la loi : R = U/I. L’unité SI de la résistance est l’ohm : 1 ohm = 1 volt/1
ampère, ce qu’on écrit en résumé : 1 Ω = 1 V/1 A. La résistance se mesure à l’aide d’un voltmètre
et d’un ampèremètre raccordés de manière appropriée si le récepteur est en fonctionnement, ou
en le branchant directement à un ohmmètre s’il ne fait pas partie d’un circuit électrique.2
La puissance électrique d’un générateur ou d’un récepteur est la quantité d’énergie qu’il
transforme par unité de temps. Son symbole est « P ». Elle se calcule en effectuant le produit
de la tension électrique aux bornes du générateur ou du récepteur par le courant électrique qui le
traverse, ce qui se traduit par la loi : P = U.I. L’unité SI de la puissance est le watt : 1 watt = 1
volt.1 ampère, ce qu’on écrit en résumé : 1 W = 1 V.1 A. La puissance se mesure à l’aide d’un
voltmètre et d’un ampèremètre raccordés de manière appropriée dans le circuit en
fonctionnement, ou en y insérant un wattmètre (énergimètre).
L’énergie électrique (E) transformée par un générateur ou un récepteur se calcule par le produit
de sa puissance par la durée (t) : E = P.t, par définition de la puissance. Comme l’unité SI de
l’énergie est le joule, on obtient la relation : 1 joule = 1 watt.1 seconde, ce qu’on écrit en résumé :
1 J = 1 W.1 s. Une unité plus usuelle pour l’énergie électrique est le kilowattheure (KWh). Elle
est définie par la quantité d’énergie transformée par un dispositif d’une puissance d’un kilowatt
(1000 watt) fonctionnant pendant une heure. Dès lors, 1 kWh = 3600000 J = 3,6.106 J.
La résistance électrique d’un récepteur permet de prévoir la quantité d’énergie électrique qu’il
transformera en énergie thermique, ce qu’on appelle l’effet joule. Pour une tension donnée,
l’effet joule sera d’autant plus important que la résistance du récepteur est faible.
Remarques pour le professeur
Comment définir les notions de tension et de courant ?
La tension sera définie comme la quantité d’énergie transmise ou absorbée (selon qu’il s’agit de la
tension aux bornes d’un générateur ou d’un récepteur) par unité de charge, et sera mise en relation
avec la hauteur gagnée par des skieurs grâce à un remonte-pente ou perdue quand il descendent
la piste, ou avec la vitesse gagnée par les molécules d’eau passant par une pompe alimentant un
jet dans un bassin ou la vitesse qu’elles perdent en retombant dans le bassin,... Le courant sera
défini comme la quantité de charge circulant par unité de temps, et sera mis en relation avec le
nombre de skieurs ou de molécules d’eau passant par unité de temps,… On n’abordera pas les lois
(U = W/q et I = q/t) et on se contentera de citer les unités SI de la tension et du courant sans les
définir.
Vaut-il mieux parler de courant électrique ou d’intensité du courant ?
En physique, la notion d’intensité fait référence à la valeur d’une grandeur. Ainsi, on parle d’intensité
de force, intensité de la vitesse, d’intensité lumineuse,… Historiquement, on a donc attribué le
symbole « I » au courant électrique en se référant à la première lettre de « intensité du courant
électrique », mais on pourra simplement parler de courant électrique de manière à alléger le
formalisme.
2
Les petits modèles de résistances possèdent des bagues de couleur correspondant à la valeur de leur résistance. Le code
des couleurs est présenté dans l’annexe à la fin de ce document.
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Quels sont les difficultés liées à l’utilisation des appareils de mesure électriques ?
Un des objectifs principaux de cette UAA est que les élèves puissent brancher eux-mêmes un
multimètre dans un circuit de manière à y mesurer une tension ou un courant, ce qui peut présenter
certains risques pour le matériel. Pour prévenir ces risques, le professeur fera deux vérifications
avant d’autoriser les élèves à brancher ou enclencher le générateur :
 Le circuit ne peut présenter de court-circuit. Il faut donc que les charges électriques partant de
la borne positive du générateur passent obligatoirement par au moins un récepteur avant de
retourner à la borne négative du générateur, quel que soit leur chemin. Le risque serait ici de
détériorer le générateur s’il n’est pas protégé contre les surintensités, ce qui est le cas des piles,
des accumulateurs ou de certains transformateurs.
 Les multimètres utilisés comme ampèremètre ne peuvent être branchés en parallèle avec le
générateur. Il faut donc que les ampèremètres soient tous placés en série avec au moins un
récepteur. Le risque serait ici de détériorer l’ampèremètre si on utilise la broche non protégée,
ou de faire fondre le fusible interne si on utilise la broche protégée.
Notons que les appareils dédiés (soit ampèremètres soit voltmètres) ne comportant pas de
sélectionneur nécessitent moins de manipulations et sont plus faciles à utiliser pour les débutants.
Comment définir la notion de résistance électrique ?
La résistance sera définie comme le quotient de la tension par le courant (R = U/I), sur base d’une
expérience au cours de laquelle on aura mesuré le courant électrique circulant dans un résistor (un
fil de constantan, une mine de crayon, un rhéostat, ou éventuellement une résistance,…) en fonction
de la tension. A ce sujet, on pourra signaler que la lettre « oméga » (Ω) a été choisie comme symbole
de l’unité SI de la résistance (l’ohm) car elle remplace la lettre latine « O » qui aurait pu être
confondue avec le chiffre zéro. L’enseignant pourra profiter de cette expérience pour évoquer l’effet
thermique du courant électrique, qui se produit à cause d’une certaine résistance du conducteur :
dans un circuit électrique comportant plusieurs récepteurs en série, c’est le récepteur de plus grande
résistance qui chauffe le plus.
Comment définir la notion de puissance ?
La puissance sera définie comme la quantité d’énergie transformée par unité de temps (P = E/t).
Comme le joule sera aussi abordé au cours de biologie, à propos de l’alimentation, on en profitera
pour signaler l’unité SI de l’énergie (ou l’énergie transformée), qui permettra de définir l’unité SI de
la puissance. Pour éviter les confusions avec le watt, on pourra utiliser en 3ème secondaire « E »
comme symbole de l’énergie transformée. En réalité, le physicien appelle l’énergie transformée
travail et on lui attribue le symbole « W » (work).
Comment justifier la loi de la puissance électrique ?
Pour faire comprendre la loi permettant de calculer la puissance électrique (P = U.I), on se référera
à nouveau à une analogie, comme par exemple celle des mineurs transportant chacun du minerai
hors de la mine : la quantité de minerai sortant de la mine par unité de temps se calcule en multipliant
la quantité de minerai transportée par chaque mineur par le nombre de mineur sortant de la mine
par unité de temps. Le plus important sera toutefois de vérifier les puissances renseignées pour
l’une ou l’autre ampoule à incandescence, en branchant de manière adéquate un voltmètre et un
ampèremètre, ou directement un wattmètre.
Liens avec les autres disciplines, liens avec la vie courante
 Les courants électriques sont présents tant en chimie (électrochimie,…), en biologie (influx
nerveux,…) qu’en médecine (électroencéphalogramme,…).
 La découverte de l’électricité a révolutionné le monde industriel car le transport de cette énergie
peut se faire quasi instantanément sur des milliers de kilomètres. De plus, l’électricité permet
d’acheminer de l’énergie en des quantités très petites en des endroits microscopiques, juste là où
elle est nécessaire, comme dans les circuits électroniques.
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Sécurité électrique
C’est surtout la tension, et non le courant électrique pouvant les traverser, qui fait peur aux élèves.
fondamentalement, le caractère invisible de l’électricité peut se révéler insécurisant.
Plus
Développements attendus
Dans une situation donnée, choisir en le justifiant le dispositif de sécurité adéquat (fusible, disjoncteur, différentiel,
prise de terre) (C6).
L’élève choisit le fusible ou le disjoncteur pour protéger un circuit contre les surintensités et choisit le différentiel et
la prise de terre pour protéger les personnes en cas de contacts accidentels avec une pièce sous tension.
Extraire de l’étiquette signalétique d’un appareil électrique les renseignements nécessaires à une utilisation
correcte (A5).
L’élève repère les valeurs de la tension et de la puissance et vérifie s’il peut utiliser cet appareil connaissant la
tension d’alimentation et le calibre du fusible protégeant le circuit.
À partir d’un document iconographique décrivant une situation de la vie courante, relever les manquements en
matière de sécurité électrique (T2).
A partir d’un schéma, l’élève repère les risques éventuels sur les personnes (électrocution,…) ou sur les
installations (court-circuit, surintensités,…). Il relie en outre ces dangers avec les notions vues précédemment.
Exemples de situations d’apprentissage
Descriptif
Développements
attendus principalement
visés
FA3 « Fiche
signalétique d’un
appareil électrique »
Analyser la fiche signalétique d’un appareil électrique
pour en déduire des informations sur les grandeurs
électriques qui le caractérisent quand il se trouve dans un
certain mode de fonctionnement
A5, T1
FA4 « Protection
contre les risque
d’électrocution »
Etablir le lien entre différentes caractéristiques des
appareils électriques et la sécurité
C6, T2
Fiches d’activité (FA)
Fiches d’expérience (FE)
FE6 « Protection
contre les
surintensités
électriques »
Comprendre comment on protège une installation
électrique contre les intensités excessives de courant
électrique
C6, A2
Autres activités possibles
Observer le tableau électrique de son habitation, et noter le maximum
d’informations sur les différents éléments qui le composent. En utilisant un livre,
internet, …, identifier la fonction de chacun de ceux-ci
C
Au moyen d’un tableau électrique de démonstration, modéliser les différentes
pannes (court-circuit, courant de fuite avec ou sens mise à la terre de la carcasse
métallique d’un appareil) et on montre ainsi le rôle des différents éléments
T2
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9
Notions mises en place



L’électricité peut mettre en danger les personnes, comme tous les êtres vivants. Il faut éviter le
passage dans le corps d’un courant électrique supérieur à environ 10 mA (milliampères). Cela
pourrait se produire si une personne touche accidentellement deux conducteurs sous une tension
de plus d’environ 50 V, l’un d’entre eux pouvant être la Terre. Le risque augmente si les contacts
sont humides.
Plusieurs dispositifs permettent de prévenir ces courants accidentels (ou fuites de courants) :
o les appareils électriques fonctionnant sous une tension supérieure à 50 V sont munis
d’une double isolation ;
o les boîtiers métalliques des appareils électriques sont raccordés à la terre par
l’intermédiaire d’un troisième conducteur spécifique (la prise de terre);
o les installations modernes sont équipées d’un différentiel qui interrompt le courant dès
qu’il décèle une différence significative entre les courants électriques entrant et sortant.
L’électricité peut aussi mettre en danger les installations (conducteurs, générateurs, récepteurs).
Il faut éviter qu’y passe un courant électrique trop important qui pourrait provoquer une surchauffe
par effet joule. Les disjoncteurs et fusibles placés en série ont pour effet d’interrompre le circuit
dès qu’ils décèlent le passage d’un courant trop important. Les connections entre conducteurs
se font, quant à eux, dans des boîtiers ininflammables à cause des surchauffes dues à des faux
contacts éventuels.
Liens avec les autres disciplines, liens avec la vie courante
 Les avantages (confort, applications quotidiennes,…) et les désavantages de l’électricité (difficulté
de stockage, risques,…).
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Annexe : Code des couleurs des résistances
Le plus souvent, une résistance est identifiée avec des bagues de couleurs (anneaux). Chaque couleur
correspond à un chiffre. La correspondance entre les chiffres et les couleurs des anneaux permet de
déterminer la valeur d'une résistance ainsi que sa tolérance.
Il faut d'abord placer la résistance dans le bon sens. En général, la résistance possède un anneau doré
ou argenté, qu'il faut placer à droite. Dans d'autres cas, c'est l'anneau le plus large qu'il faut placer à
droite.
Sur les résistances à 4 anneaux (type le plus courant), les deux premiers anneaux donnent les chiffres
significatifs (le premier donne la dizaine et le second l'unité), le troisième donne le multiplicateur (la
puissance de 10 par laquelle il faut multiplier les chiffres significatifs), le quatrième la tolérance
(l’incertitude sur la valeur réelle de la résistance donnée par le constructeur).
Astuce : un moyen mnémotechnique pour se rappeler du code des couleurs est de retenir la phrase
suivante : Ne Mangez Rien Ou Je Vous Brûle Votre Grande Barbe. La place des mots dans la phrase
indique le chiffre correspondant à la couleur. N : noir (0) - M : marron (1) - R : rouge (2) - O : orange (3)
- J : jaune (4) - V : vert (5) - B : bleu (6) - V : violet (7) - G : gris (8) - B : blanc (9)
Exemple : Jaune (4) – violet (7) – marron (1) – doré (5%)
La valeur de cette résistance est : 47 x 101 ohm à 5 % soit 470 ohm à 5 %.
Résistances à 5 anneaux : les trois premiers anneaux donnent les chiffres significatifs, le quatrième
donne le multiplicateur, le cinquième la tolérance.
Résistances à 6 anneaux : les cinq premiers anneaux ont la même signification que les résistances à 5
anneaux, le sixième est un coefficient de température (variation de la conductivité électrique avec la
température).
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