Chapitre 1 : Le circuit électrique. Items Connaissances Acquis Un générateur est nécessaire pour qu’une lampe éclaire, pour qu’un moteur tourne. Un générateur transfère de l’énergie électrique à une lampe ou à un moteur qui la convertit en d’autres formes. Une photopile convertit de l’énergie lumineuse en énergie électrique. En présence d’un générateur, le circuit doit être fermé pour qu’il y ait transfert d’énergie. Il y a alors circulation d’un courant électrique. Symbole normalisé d’une lampe Symbole normalisé d’un générateur. Symbole normalisés d'une diode, d'une diode électroluminescente (DEL). Capacités. Réaliser un montage simple permettant d’allumer une lampe ou d’entraîner un moteur. Suivre un protocole donné. Réaliser un montage en série à partir d’un schéma. Faire le schéma normalisé d’un montage en série en respectant les conventions I. Générateur et récepteur. Définition : Un générateur électrique est un appareil qui génère, (produit) du courant électrique. Exemples : Pile, accumulateur, batterie, panneau solaire, éolienne,….. AE : Observer et dessiner les différentes sortes de piles en notant les indications qui vous semblent importantes. 4,5V 1,5V 9V Conclusion : Un générateur possède deux bornes marquées + et –. Sur chaque générateur est inscrit une grandeur, appelée tension électrique dont l’unité est le volt symbolisé par un V. Les prises électriques du secteur EDF peuvent être assimilées à des générateurs. Leur tension est de 230V. Consigne de sécurité : Une tension électrique est dangereuse au dessus de 24V en milieu sec et 12V en milieu humide. Il ne faut donc jamais refaire les expériences du cours d’électricité en utilisant les prises du secteur (230 V) de la maison. Document 1p100 : Qui a inventé la pile électrique ? 1. Par l’apparition d’un courant électrique traversant les pattes de la grenouille en contact avec les métaux. 2. Car c’est seulement entre les contacts différents du cuivre, d’une part, et du fer, d’autre part, qu’un courant électrique excitait les muscles de la grenouille. 3. Le premier dispositif fonctionnel de Volta était constitué d’un empilement de disques. Document 2p100 : Que doit‐on faire des piles usagées ? 1. Autres appareils à piles : radiocassettes ; téléphones portables ou sans fi l. 2. Grâce aux piles, les appareils sont autonomes, utilisables en tout lieu ; on dit « nomades ». 3. Deux raisons pour trier : récupérer des produits coûteux (économie) ou les éliminer de l’environnement (écologie). Environnement : Les piles et les accumulateurs usagés ne doivent jamais être mis à la poubelle. Il faut utiliser les bacs de récupération (supermarché, collège déchetterie. ). Définition : Un récepteur électrique est un appareil qui utilise (reçoit) le courant électrique. (il le transforme en lumière, en chaleur, en mouvement etc…courant/énergie) AE : Observer et dessiner les différents constituants visibles d’une lampe à incandescence. Verre noir Lampe à incandescence. Conclusion : Une lampe possède deux bornes, le plot et le culot. Tous les appareils électriques qui possèdent deux bornes sont appelés des dipôles (lampe, pile, alimentation,…..) Test : 2p102 : Complète le croquis. Il faut prolonger les fils supportant le filament : l’un vers le plot, l’autre vers le culot. Pour la légende, compléter avec : « filament ; ampoule ; culot ; plot ; tiges métalliques » (voir schéma de l’exercice 15 p. 118). Investigation : 23p105 : La lampe s’enflamme.(avec dictionnaire) Distinguer le phénomène d’incandescence du phénomène de combustion, qui détruit le filament non isolé de l’air par l’ampoule de verre. II. Allumer une lampe avec une pile. AE : Trouver et dessiner les différentes possibilités d’allumer une lampe avec une pile carrée. Conclusion : La lampe brille lorsque l’une des bornes de la pile est en contact avec le culot et que l’autre borne de la pile est en contact avec le plot de la lampe. Remarque : le filament émet de la lumière car il est porté à très haute température (2500 à2700°C). AE : Trouver et dessiner les différentes possibilités d’allumer une lampe avec une pile cylindrique. Représenter l’intérieure de la lampe et repasser la boucle de courant en rouge. + + + + 1,5V 1,5V 1,5V 1,5V - - - - Conclusion : Pour allumer une lampe, le contact entre les bornes de la lampe et celles du générateur peuvent se faire par l’intermédiaire d’un fil de connexion métallique. Activité 2 p 95 : Quel est le trajet du courant électrique dans la lampe ? 1. Le démontage méticuleux fait apparaître les contacts entre un fil et le plot soudé à son extrémité et entre le culot et l’extrémité de l’autre fil, serti ou soudé. 2. En partant de la petite lame de la pile, nous trouvons : le plot, une tige métallique, le filament, l’autre tige métallique et la grande lame de la pile. Conclusion : Le trajet du courant électrique constitue une boucle fermée comportant le générateur. Méthode 9p217 : Choisir une lampe adaptée à une pile. AD : Adaptation. Tension Générateur Récepteur 4,5 V Pile plate Machine à laver 1,5 V Pile cylindrique Lampe de 1,3 V 230 V Secteur Lampe de 12V 12 V Batterie de voiture Lampe de 3.5 V Conclusion : Un récepteur fonctionne normalement lorsque sa tension nominale (tension d’usage) est voisine de la tension du générateur. On dit que le récepteur et le générateur sont adaptés. Tests : 3p102 : Complète les schémas. 4p102 : Trouve les montages défaillants. 1. La lampe brille dans le montage, car c’est le seul dans lequel les deux bornes de la lampe sont connectées (par des fils) aux bornes de la lampe. 2. Le schéma et la boucle : voir figure 2 p. 98. Exercices* :9p103 : imagine une expérience. Il faut extraire la pile et la lampe du boîtier et mettre les bornes de la lampe en contact avec celles de la pile. 13p103 : identifier les bornes d’une pile. La lampe est allumée en b et d, donc les bornes de la lampe sont en contact (direct ou par fil) avec celles de la pile ronde. Les bornes de la pile sont donc le fond métallique et le bouton supérieur. Exercices** : 18p104 : Perds pas la boucle. 1. Seule la lampe c est allumée, car la boucle passe par son filament et les deux bornes de la pile. 2. a. La boucle ne passe que par le culot : celui‐ ci constitue donc un court‐circuit ; b. le verre de l’ampoule ne doit pas être dans la boucle ; d. la boucle se referme sur une seule borne de la pile. 19p104 : où sont les bornes ? Les bornes de L1 sont les plots B et C. Les bornes de L2 sont les couples (A‐B) et (A‐ C). 20p104 : recherche les bornes de la lampe. 1. Hypothèse : les bornes pourraient être localisées à ses extrémités. 2. Dessin du montage‐test : voir ci‐dessous. 3. Mettre en contact les extrémités A et B des fils sur les extrémités de la lampe. Si celle‐ci s’allume, ce sont les bornes. Investigation : 21p105 Une pile face à la lampe. – observera b et en déduira que pile B et lampe L1 sont en bon état ; – observera c pour en déduire que la lampe L2 est grillée, et que a ne permet donc pas de savoir si la pile A est bonne. Il faut pour cela connecter lampe L1 et pile A. III. Comment représenter un circuit électrique ? Pour représenter un circuit électrique, on dessine un schéma électrique dans lequel chaque dipôle est représenté par un symbole normalisé. Quelques symboles électriques. Nom Fil de connexion Lampe Pile (générateur) Interrupteur ouvert Interrupteur fermé Méthode 10p218 : Schématiser un circuit électrique. Symbole AE : Pour chacun des circuits, faire la liste du matériel, réaliser les montages et noter vos observations. Méthode 11p219 : Réaliser un montage à partir d’un schéma. SCHEMA MATERIEL OBSERVATION Lampe La lampe est éteinte 1 fil Lampe Interrupteur 2 fils La lampe est éteinte Lampe Interrupteur Générateur 3fils La lampe est éteinte Lampe Interrupteur Générateur 3fils La lampe est allumée Conclusion : La présence d'un générateur électrique dans un circuit est indispensable pour qu'un courant électrique circule. Pour qu'un courant circule, il faut de plus que le circuit soit fermé. Il n'y a aucun courant si le circuit est ouvert. Tests : 5p102 : Reconnais les éléments d’un circuit. 1. Quatre éléments : pile, lampe, fils, interrupteur. 2. Voir textes 2 et 3 pages 98‐99. 6p102 : Vrai ou faux. a. vrai ; b. vrai ; c. vrai ; d. faux ; e. faux. Exercice* : 11p103 : Analyse un montage. (moteur) Ce montage ne comporte pas de générateur ; Toma mis un moteur à la place d’un générateur. Tests : 7p102 : Reconnais les symboles. a. pile ; b. lampe ; c. interrupteur ouvert ; d. interrupteur fermé. 8p102 : Schématise. Exercices* : 10p103 : Connaître les symboles. 1, 2, 3, 7, 11 : générateurs (piles ou alimentation). 5, 8, 10, 12 : récepteurs (lampes). 4, 6, 9 : interrupteurs (ouverts). 12p103 : Critique des schémas de montages. b. et d. Schémas incorrectement dessinés, mais représentant un circuit électrique avec boucle entre les bornes du générateur. a. et c. La boucle comportant la lampe ne se ferme pas sur les bornes du générateur. Schémas corrigés : 14p103 : Représente un circuit.(moteur pas utilisé) a. Le moteur tourne : le circuit est fermé. b. Le moteur ne tourne pas : le circuit est ouvert. 17 p104 : Le trajet du courant.. 1. Le trajet : borne + ; pince crocodile ; fil ; vis ; lame ; vis ; plot ; tige ; filament ; tige ; culot ; lame ; vis ; fil ; pince crocodile ; borne –. 2. Introduire un interrupteur. 3. Schéma normalisé : voir schéma 4 page 99. Exercices** : 15p104 : Pour faire tourner une hélice. 1. Schéma : voir figure de l’exercice 14, question 2. Il faut 3 fils de connexion. 16p104 : Où placer l’interrupteur. 1. Placé en A ou en B, l’interrupteur permet d’ouvrir le circuit. 2. Débrancher un fi l à une borne de la lampe et le connecter à une borne de l’interrupteur. Prendre un fi l supplémentaire et le connecter aux bornes libres de l’interrupteur et de la lampe. 3. Schéma : voir schéma 4 page 99. Investigations : 22p105 : Joindre les deux bouts d’un fil. dans ces trois cas, le circuit étant fermé, les extrémités testées correspondent bien à un même fi l. Réponses : (a ; z) ; (b ; x) ; (c ; y). 24p105 : Le va et vient. IV. Bilan.
