UAA1 - enseignement Catholique

SCG PHY UAA1 CD 150429
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AUTEUR : Philippe Godts
8 novembre 2014
Conseils didactiques
Electrisation d’un objet
              Les
élèves pensent en effet souvent que les charges électriques sont créées indépendamment les unes
de support matériel.
Les élèves se représentent les piles, batteries et autres générateurs comme des réservoirs
 font
nécessaire.
Développements attendus
Décrire une expérience            
attractions/répulsions qui en résultent (C1).
par frottement ou contact. Il explique les observations en termes de charges et de forces.
Exemples de situations d’apprentissages
Descriptif
Développements
attendus
principalement
visés
Fiche d’expérience (FE)
FE1 « Interaction
entre objets
électrisés »
frottement. En déduire 
électriques, et leur apparition simultanée quand on frotte un objet.
C1
Autre activité possible
naturels ou des situations exploitant les charges électriques
C1
HGT - SCG
Physique

SCG PHY UAA1 CD 150429
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Notions mises en place
 Quand deux objets initialement neutres sont frottés  à  il peut se produire une
électrisation par frottement. Lors de ce phénomène, autant de charges positives que de
charges négatives sont formées et se disposent sur les deux objets.
 Les charges électriques sont mises en évidence par le fait que des charges de même nom se
repoussent, tandis que celles de nom contraire 
 La force  entre deux objets chargés est  plus grande que les objets sont
proches  de  et  sont fort chargés.
 Un objet est conducteur électrique si les charges électriques peuvent  déplacer librement,
sinon il est isolant. Les métaux et le carbone graphite sont de bons conducteurs électriques.
 Un objet initialement neutre peut aussi être électrisé par contact avec un autre objet déjà
chargé. Après séparation, les deux objets possèdent alors des charges de même signe, mais
pas forcément en même quantité.
 Dans le système international  (SI),  de la charge électrique est le coulomb (noté
« C »). Une autre unité fréquemment utilisée pour la charge électrique est  (Ah).
Elle correspond à la quantité de charge transportée par un courant de 1 ampère (voir plus loin la
section sur les grandeurs électriques) pendant une heure, et vaut 3600 C
Remarques pour le professeur
Quel lien mettre en place avec le cours de chimie ?
Les expériences d’électrostatique pourront utilement être abordées en introduction au cours de
chimie. Ces expériences, uniquement qualitatives, viseront à mettre en évidence l’apparition
simultanée de charges opposées lors d’un frottement, de manière à bien faire comprendre un des
principes essentiel de la physique : la conservation de la charge électrique totale.
Faut- ?
Bien que le programme de cette UAA ne mentionne pas la nécessité d’expliquer les phénomènes
observés en termes de déplacement d’électrons, il sera utile d’évoquer avec les élèves le rôle joué
par ceux-ci, de manière à ce que les élèves puissent faire le lien avec le cours de chimie.
Comment préciser la notion de force ?
La représentation d’une expérience de répulsion ou d’attraction entre des objets chargés sera
l’occasion de repréciser la notion de force, comme une action exercée par un objet-source sur un
objet-cible, capable de modifier le mouvement ou de déformer l’objet-cible. On établira les
caractéristiques (ligne d’action, sens, intensité, point d’application), ainsi que la représentation
vectorielle des forces, en ayant soin de placer le point d’application de la force (l’origine du vecteur)
sur l’objet-cible. On utilisera un symbole du type : 𝐹
𝐴/𝐵
⃗
⃗
⃗
⃗
⃗
⃗
⃗
⃗
où A est l’objet-source et B l’objet-cible de
la force, et on lira « force exercée par A sur B ». Les premiers schémas seront utilement
accompagnés d’une légende spécifiant pour chaque force la source et la cible. On rappellera
utilement le principe des actions réciproques : deux forces en interaction seront représentées par
des vecteurs opposés (de même intensité et de même ligne d’action, mais de sens opposés)
agissant simultanément sur deux objets différents. Les observations étant qualitatives, il sera
inutile de mentionner une échelle.
Peut- ?
On pourra éventuellement montrer un phénomène d’influence, mais la certification à ce propos
sera laissée à la 5ème année.
Faut-il définir  ?
L’enseignant se contentera de citer l’unité SI de la charge (le coulomb). Sa justification,
nécessitant les lois de l’électromagnétisme, sera laissée à la 5ème année. Le mAh ne sera
éventuellement expliqué qu’après avoir abordé la notion de courant électrique.
-elles utiles pour comprendre le circuit électrique ?
Il sera utile de montrer que l’électrisation d’objets nécessite qu’une énergie soit fournie par
l’expérimentateur, et qu’une énergie peut être restituée, par exemple lors de la mise en
mouvement d’un objet léger, ou lors de la formation d’une étincelle (éclair). L’élève percevra ainsi
qu’une énergie a été stockée dans le système des charges électriques séparées. L’électrisation
devient ainsi le concept précurseur du générateur électrique, et la décharge le concept précurseur
du récepteur.

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Liens avec les autres disciplines, liens avec la vie courante
             par ses pneus provoque
fait le plein de carburant (le tuyau contient une tresse métallique reliée à la terre).
  et les cristaux de glace qui redescendent permet
Circuit électrique de base
Malgré le cours du 1er 
obligatoirement être placé entre cette borne positive et le récepteur pour empêcher le courant de
         pour relier le générateur et le
     on 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.
contrairement à la plupart des autres phénomènes étudiés en sciences en début de secondaire qui,
eu
Développements attendus
(C2).
une expérience, explique 
mant un circuit fermé.
Décrire le rôle du  (C3).
         (alternateur, cellule photovoltaïque,
piézoélectrique, accumulateur,....), et le récepteur 
précisant les effets du courant. Il exprime en outre la nécessité de relier le récepteur aux deux bornes du
générateur et de fermer 
Exemples de situations d’apprentissages
Descriptif
Développements
attendus
principalement
visés
Fiches d’activité (FA)
FA1 « Mise en scène
du circuit électrique »
représenter les
C2, C3
Fiches d’expérience (FE)
FE5 « Energie
chimique, énergie
électrique »
Montrer 
vice versa
C3
FE8
« Transformations
rgie
électrique »
récepteurs et dans différents générateurs
C3

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Descriptif
Développements
attendus
principalement
visés
Fiches d’investigation
FI1 « Assemblage
voltaïques»
une ampoule
C2, C3
Autre activité possible
accumulateur, 
C3
Notions mises en place
 Un circuit électrique est composé  moins un générateur et un récepteur raccordés par
deux conducteurs.
 Un générateur est un dispositif transformant de  primaire (chimique, mécanique,
 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  électrique en une énergie secondaire
(chimique, mécanique,  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
 de décrire le courant électrique comme allant de la borne positive à la borne négative
du générateur en traversant le récepteur :  le sens conventionnel du courant.
 Les charges électriques ne  en aucun endroit du circuit. Elles se mettent toutes en
mouvement simultanément dès que le circuit est fermé, et au contraire,  toutes
simultanément dès  ouvre le circuit en un point quelconque, par exemple au moyen 
interrupteur.
 Un court-circuit survient quand le courant électrique peut circuler entre les deux bornes 
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  système de protection contre les courts-circuits (voir plus loin, sécurité électrique).
 Les seules manifestations extérieures du courant électrique sont donc liées à  à investir
au niveau du générateur (la dynamo  faut faire tourner, le transformateur  faut raccorder
au secteur, la cellule photovoltaïque  faut éclairer, la pile dont il faut remplacer les réactif
et les effets observables au niveau du récepteur. Ceux-ci peuvent être de plusieurs types :
o Thermique (et éventuellement incandescent) : résistances chauffantes, lampes à
incandescence, 
o Mécanique : moteurs, haut-
o Chimique : cuves  accumulateurs lors de la 
o Electroluminescent : tubes luminescents, LED (diodes électroluminescentes), écrans de
TV et 
o Electromagnétique : GSM, routeurs 
Remarques pour le professeur
Faut-il interpréter le courant électrique en termes  ?
L’interprétation atomique (à l’aide des électrons) de l’électrisation et du courant électrique n’est pas
nécessaire dans cette UAA de physique, et ne sera éventuellement évoquée qu’après la mise en
place du modèle de l’atome au cours de chimie. 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

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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 plus loin la section sur les grandeurs électriques), et l’effet mécanique
sera abordé à la suite des aimants (voir la section suivante sur les aimants et pôles magnétiques).
Quant à l’effet chimique, on renverra l’élève au cours de chimie, et pour les effets
électromagnétiques et électroluminescents aux 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
Aimants et pôles magnétiques
les pôles magnétiques avec les charges électriques. Ainsi, les élèves croient possible de séparer un
la pesanteur.
Développements attendus
Décrire le rôle du  (C3).
         (alternateur, cellule photovoltaïque,
piézoélectrique, accumulateur,....), et le récepteur 
précisant les effets du courant. Il exprime en outre la nécessité de relier le récepteur aux deux bornes du
Réal (T1).
      et/ou des capteurs (photorésistance,
Exemples de situations d’apprentissages
Descriptif
Développements
attendus
principalement
visés
Fiche d’expérience (FE)
FE10 « Forces
magnétiques »
Montrer aux élèves les propriétés des forces magnétiques et ce qui
les distingue des forces électrostatiques
C3, T1
Fiche d’investigation (FI)
FI2 « 
électroaimant »
deux attaches trombones
C3, T1