Activité : Qu`est-ce qui agit pour allumer une ampoule
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Physique Energie Activité : Qu’est-ce qui agit pour allumer une ampoule ? Matériel : Générateur à manivelle, fils et ampoule. Phase 1 Observation : Avec le matériel à disposition, essayez d’allumer l’ampoule. Problème : Qu’est-ce qui agit pour allumer l’ampoule ? Première représentation : Pour chaque objet qui agit sur l’ampoule, on choisit la représentation suivante : agit agit objet agit objet agit ampoule Le mot « agit » représente l’action d’un objet sur le suivant et de l’ampoule sur son entourage. Consigne : Réalisez un schéma comme ci-dessus avec les mots qui conviennent pour chaque objet et la façon dont il agit sur l’objet suivant. Essayez d’inclure tous les objets qui ont une influence sur l’ampoule. Proposition : Page 1 sur 8 Physique Energie Rappel : Pour l’activité avec la manivelle, on peut proposer la chaîne suivante : aliments élève mouvement manivelle électricité ampoule lumière Les formes de l’énergie : Chaque cercle représente un objet qui participe à l’allumage de l’ampoule. Les mots qui accompagnent les flèches représentent une action qui se fait entre un objet et un autre. Ces mots correspondent à des formes d’énergie différentes. L’énergie, c’est la « chose » qui est transmise d’un objet à l’autre et qui permet finalement d’allumer l’ampoule. Voici la liste des cinq mots correspondant aux cinq formes d’énergie que nous utiliserons dans ce cours : nom de l’énergie mot courant 1 2 2 bis 3 4 5 6 aliments, combustibles mouvement altitude électricité lumière chauffage fission, fusion énergie chimique énergie mécanique cinétique énergie mécanique potentielle énergie électrique énergie rayonnante énergie thermique énergie nucléaire Remarques sur la chaîne: On a indiqué les formes principales d’énergie mais il y en a d’autres. Par exemple, l’ampoule chauffe son entourage. On pourrait commencer la chaîne avant (les aliments tirent leur énergie du soleil, le soleil tire son énergie de…) On pourrait continuer la chaîne (la lumière de l’ampoule va chauffer les parois opaques où elle arrive…) Stockage de l’énergie : On a remarqué qu’il faut toujours recevoir de l’énergie pour pouvoir en donner. L’élève semble faire exception à cette règle puisqu’il ne mange pas pendant qu’il tourne la manivelle. En fait, il a emmagasiné de l’énergie chimique lors de ses derniers repas, comme une batterie qu’on aurait rechargée. On a aussi remarqué que certaines formes d’énergie pouvaient être stockées (comme l’énergie chimique dans l’organisme) alors que d’autres non (comme la lumière). Application : Vous allez essayer d’appliquer dans une autre situation ce qu’on a appris avec la manivelle. Les quatre situations que vous devrez exploiter pour allumer l’ampoule sont les suivantes : 1. 2. 3. 4. Pile électrique Prise murale et ampoule (attention ! Ne pas brancher l’ampoule sur la prise.) Source lumineuse (lampe puissante ou soleil) Masse élevée Page 2 sur 8 Physique Energie Activité : Qu’est-ce qui agit pour allumer une ampoule ? Situation 1 Matériel : pile rechargeable et ampoule. Observation : Avec le matériel à disposition, essayez d’allumer l’ampoule. Problème : Qu’est-ce qui agit pour allumer l’ampoule ? Essayez d’imaginer un moyen d’allumer l’ampoule avec le matériel à disposition. Vous pouvez éventuellement demander du matériel à votre professeur… Méthode : Chaîne d’énergie : Propose une chaîne pour ta méthode. Page 3 sur 8 Physique Energie Activité : Qu’est-ce qui agit pour allumer une ampoule ? Situation 2 Matériel : prise murale et ampoule. Observation : Avec le matériel à disposition, essayez d’allumer l’ampoule. ATTENTION : Ne branchez pas l’ampoule directement à la prise murale. Ne faites rien avec la prise murale avant d’en informer le professeur. Vous pouvez vous électrocuter !!! Problème : Qu’est-ce qui agit pour allumer l’ampoule ? Essayez d’imaginer un moyen d’allumer l’ampoule avec le matériel à disposition. Vous pouvez éventuellement demander du matériel à votre professeur… Méthode : Chaîne d’énergie : Propose une chaîne pour ta méthode. Page 4 sur 8 Physique Energie Activité : Qu’est-ce qui agit pour allumer une ampoule ? Situation 3 Matériel : soleil ou lampe puissante et ampoule. Observation : Avec le matériel à disposition, essayez d’allumer l’ampoule. Problème : Qu’est-ce qui agit pour allumer l’ampoule ? Essayez d’imaginer un moyen d’allumer l’ampoule avec le matériel à disposition. Vous pouvez éventuellement demander du matériel à votre professeur… Méthode : Chaîne d’énergie : Propose une chaîne pour ta méthode. Page 5 sur 8 Physique Energie Activité : Qu’est-ce qui agit pour allumer une ampoule ? Situation 4 Matériel : masse élevée et ampoule. Observation : Avec le matériel à disposition, essayez d’allumer l’ampoule. Problème : Qu’est-ce qui agit pour allumer l’ampoule ? Essayez d’imaginer un moyen d’allumer l’ampoule avec le matériel à disposition. Vous pouvez éventuellement demander du matériel à votre professeur… Méthode : Chaîne d’énergie : Propose une chaîne pour ta méthode. Page 6 sur 8 Physique Energie Analyse d’une chaîne : Reprenons l’exemple de la masse suspendue servant à allumer une ampoule et tentons de comprendre ce que devient toute l’énergie… Voici une chaîne possible pour expliquer les transformations de l’énergie depuis la masse suspendue jusqu’à la lumière de l’ampoule. Remplis ce qui manque (flèches et bulles). énergie mécanique générateur à poulie énergie rayonnante Si on s’intéresse à la quantité d’énergie qui passe entre chaque objet, on devrait choisir une manière de la représenter sur le schéma. On peut par exemple décider qu’on dessine une flèche épaisse quand il passe beaucoup d’énergie alors qu’on dessine une flèche mince quand l’énergie est petite. Voici donc un tel schéma où l’épaisseur des flèches correspond à la quantité d’énergie échangée : Remplis les flèches et les bulles. On y voit que l’énergie échangée de manière utile est chaque fois plus petite. En effet, si on voulait utiliser la lumière de l’ampoule pour éclairer une cellule solaire qui alimenterait un moteur chargé de remonter la masse à son point de départ, on n’y arriverait jamais !!! la raison est que l’énergie lumineuse émise par l’ampoule est beaucoup plus petite que celle que possédait la masse en haut grâce à sa hauteur. : Page 7 sur 8 Physique Energie Mais alors, ou est passée l’énergie qui manque ? En fait, elle n’a pas disparu. Elle s’est simplement transformée en des formes inutiles qui ne figurent pas sur notre schéma. Pour s’en rendre mieux compte, dessinons un dernier schéma avec des flèches supplémentaires pour ces énergies perdues en route Remplis ce qui manque (flèches et bulles). On peut donc commencer à comprendre un principe fondamental de la physique nommé « conservation de l’énergie » : Dans un système isolé, l’énergie totale est conservée. Remarques : Un système isolé est un ensemble d’objets qui n’échangent pas d’énergie avec d’autres objets. conservée veut dire que la quantité est toujours la même. On peut reformuler ce principe concernant l’énergie de cette manière : Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Si on reprend l’exemple de la masse qui allume l’ampoule, les trois objets qu’on représente dans les trois bulles des schémas ne forment pas un système isolé. Si on les enfermait dans un récipient isolé (comme un thermos), on pourrait dire que le système « masse + générateur + ampoule + air + thermos » est isolé et l’énergie totale serait conservée. Il ne faudrait pas oublier de compter l’énergie thermique dans l’énergie totale. Un autre exemple de système isolé est l’univers. Par définition, c’est tout ce qui existe ; il ne peut donc pas échanger d’énergie avec autre chose ! Page 8 sur 8
