Cahier de l`élève

Mise en situation
Ton ami est vendeur itinérant de jeux vidéos depuis quelques mois. La semaine
dernière, il a fait énormément de ventes, mais il s’est aussi fait passer plusieurs faux
billets : des billets de 10, 20 et 50 dollars. Il a été victime d’un acte criminel! Pire encore, il
apprend qu’il ne peut être dédommagé pour sa perte. En effet, la Loi sur les banques n’oblige
pas les institutions financières à honorer de faux billets. Ils estiment que le remboursement
de ceux-ci ne ferait qu’encourager la contrefaçon.
Les nouveaux billets en polymère sont plus difficiles à imiter, donc les faux billets
fabriqués par les criminels imitaient tous l’ancien modèle. Un des moyens de reconnaître un
de ces billets consiste à révéler les marques fluorescentes comprises dans le papier, grâce à
une lumière ultraviolette (UV). Comme vous aimez bricoler, vous décidez de fabriquer à
votre ami un petit détecteur de faux billets portatif à l’aide du matériel de l’école.
http://www.banqueducanada.ca/billets/series-de-billets-de-banque/epopee-canadienne/
Nom : _________________________________
Date : ______________________
Cette SAÉ est une adaptation de François Guay-Fleurent du travail réalisé par la Table régionale de science et
technologie au secondaire de Laval-Laurentides-Lanaudière (2008) et par Francis Lapointe, Bénédicte Boissard et
Julie Trottier de la CSSMI (2010).
TON MANDAT :
 Analyser et expliquer le fonctionnement de chacune des composantes
électriques du détecteur de faux billets;
 Réaliser un schéma de principes de votre circuit électrique;
 Construire votre prototype en respectant les contraintes du cahier des
charges;
 Réaliser un schéma de construction du prototype final.
LE CAHIER DES CHARGES
Fonction globale du détecteur de faux billets portatif
L’objet permet de détecter la présence de marqueurs ultraviolets (pigments
fluorescents), que l’on retrouve dans les «anciens» billets de la monnaie canadienne.
Sur le plan humain, le détecteur de faux billets portatif doit :
 être facile à utiliser, léger, attrayant, esthétique et sécuritaire.
<AVERTISSEMENT> Ne jamais diriger le faisceau lumineux dans les yeux.
Tenir hors de la portée des jeunes enfants.
Sur le plan technique, le détecteur de faux billets portatif doit :
 être muni d’un boîtier de plastique;
 s’illuminer en pressant un bouton-poussoir;
 être autonome en énergie;
 mesurer au plus 5 cm x 5 cm x 10 cm.
Sur le plan physique, le détecteur de faux billets portatif doit :
 être suffisamment solide pour résister à de petits chocs;
 être fabriqué de matériaux fournis par l’enseignant.
Sur le plan industriel, le détecteur de faux billets portatif doit :
 être totalement réalisé dans un atelier de science et technologie.
Sur le plan économique, le détecteur de faux billets portatif doit :
 être réalisé pour moins de 6$.
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CERNER LE PROBLÈME
Cerner mon problème en fonction de mon cahier des charges et des
ressources disponibles.
1. Je comprends que je dois…
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2. Dans tes mots, quelles contraintes devras-tu respecter?
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3. Comment faire pour que ton détecteur ne fonctionne pas en
permanence ?
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4. Pourquoi est-ce nécessaire d’utiliser des piles dans le détecteur de
faux billets?
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5. Qu’est-ce qu’une DEL?
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6. Qu’est-ce qu’une fonction électrique ?
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« Le prix Nobel de physique a été décerné mardi [7 octobre 2014] aux Japonais Isamu Akasaki
et Hiroshi Amano et au chercheur américain Shuji Nakamura pour l’invention des diodes
électroluminescentes bleues (DEL), ce qui a permis de créer une source de lumière efficace et
respectueuse de l’environnement.
La technologie DEL est une percée qui a permis d’éclairer les maisons et les écrans
d’ordinateur, de télévision et de téléphones intelligents, partout dans le monde.
Isamu Akasaki, Hiroshi Amano et Shuji Nakamura ont révolutionné la technologie de l’éclairage
il y a 20 ans, en présentant une composante de la lumière blanche qui allait remplacer les
ampoules incandescentes ou fluorescentes, moins efficaces.»
Source : http://www.ledevoir.com/societe/science-et-technologie/420431/le-nobel-de-physique-auxinventeurs-japonais-de-l-ampoule-led
Pour en savoir plus : http://www.batiweb.com/actualites/eco-construction/50-ans-dhistoire-de-diodes-electroluminescentes-led-16-10-2012-21012.html
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7. ANALYSE TECHNOLOGIQUE
Compléter le tableau ci-dessous en associant le symbole, la fonction
électrique et une caractéristique pour chacune des composantes.
COMPOSANTE
ÉLECTRIQUE
SYMBOLE
ASSOCIÉ
FONCTION
ÉLECTRIQUE
CARACTÉRISTIQUE
(RÔLE ET PRINCIPES
PHYSIQUES)
Pile
Résistance
DEL
ultraviolette
Interrupteur
bouton-poussoir
Fil de cuivre
recouvert d’une
gaine
Symboles et mots clés :
Fonctions électriques : alimentation, conduction, transformation d’énergie,
commande, résistance électrique.
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Collecte d’informations
Visitez le site suivant : http://www.banqueducanada.ca/elements-desecurite-des-billets/?page_moved=1#nogo
8. Nommez quatre des six éléments de sécurité inclus dans les billets.
Lequel sera vérifié par le détecteur de faux billets?
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
_________________________________________________________
9. Selon le fabricant, les caractéristiques optimales de fonctionnement
de la DEL UV sont de 3 V à 20 mA. Cependant, on utilisera trois piles
de 1,5 V branchées en série. Il faudra donc ajouter une résistance
pour ne pas que la DEL « brûle ».
Quelles devront être les caractéristiques de cette résistance sachant
que P = U * I et que U = R * I ? On cherche la puissance minimale et sa
résistance (en Ohms).
Calculs :
Réponses :
Puissance minimale : _____ W
Résistance : ______ Ω
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10.
CONCEPTION TECHNOLOGIQUE
Schémas
Réalise ton schéma de principe (sans boîtier). Fais approuver ton schéma par ton
enseignant. Ensuite, tu pourras réaliser ta conception à l’atelier.
Réalise ton schéma de construction. Ce schéma inclus toutes les pièces utilisées. Il peut
être réalisé avant, pendant ou après la fabrication.
CD1 : Élaboration d’une démarche pertinente pour la situation
Planification du plan d’action
5
4
3
2
1
Choix des ressources
5
4
3
2
1
5
11.
Tests, ajustements et modifications
Pièces fabriquées
et/ou
assemblées
Ajustements/
modifications
Justifications
CD1 : Mise en œuvre adéquate de la démarche
Traitement des résultats
6
5
4
3
2
1
RETOUR SUR LA DÉMARCHE ET SYNTÈSE
12. La solution retenue respecte-t-elle le cahier des charges ? Pourquoi ?
13. Quels sont les avantages et inconvénients de la solution retenue ?
14. Quelles modifications pourrais-tu faire pour améliorer ton prototype ?
15. Explique, dans un court texte, le fonctionnement de ton détecteur.
Pour ce faire, imagine que tu es un électron de ce circuit et explique
ton voyage. Assure-toi d’inclure dans tes explications les principes de
la loi de la conservation de l’énergie.
CD1 : Élaboration de solutions pertinentes
Proposition de solutions
5
4
3
2
1
7
16. Calcule le coût total de ton détecteur à l’aide de la liste de prix cidessous. Indique, par la suite, les moyens que tu pourrais prendre pour
réduire les coûts afin de maximiser ton profit lors d’une éventuelle
mise en marché.
Liste de prix (sans les taxes) :
Interrupteur : 0,49 $
DEL UV : 0,39 $
Résistance : 0,06 $
Plaque de montage : 0,05 $
3 piles : 0,30 $
Fils : 0,10 $
Pot de pilule : 0,13 $
Pipette : 0,10 $
Goujons : 0,10 $
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Calculs :
17. Finalement, produis un réseau des concepts abordés dans cette
situation d’apprentissage. Demande à ton enseignant un exemple de
réseau de concepts au besoin. Pour plus de clarté et d’esthétisme, tu
peux utiliser l’ordinateur.
Liste des concepts obligatoires à inclure :
Schéma électrique
Symbole
Fonction
d’alimentation
Fonction de commande
Résistance
Piles
Lois de Kirchhoff
Fonction de
transformation de
l’énergie
Tension de 4,5 V
Chaleur
Puissance
Fonction d’isolation
Circuit électrique
Loi d’Ohm
Lumière
Loi de conservation de
l’énergie
Circuit en série
« Ils ont réussi là où tout le monde a échoué, a déclaré le
comité du prix Nobel. Les ampoules incandescentes ont
éclairé le XXe siècle ; le XXIe siècle sera éclairé par
les lampes DEL. »
Source : idem
Fonction de
conduction
Interrupteur à
bouton-poussoir
Soudure à l’étain
CD1 : Élaboration de solutions pertinentes
Concordance avec le cahier des charges
5
4
3
2
1
Pistes d’amélioration et analyse critique
5
4
3
2
1
9