UAA5 - enseignement Catholique

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AUTEUR : Philippe Godts
9 octobre 2014
Conseils didactiques
Circuit électrique de base
        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 
 ons, et les récepteurs comme des absorbeurs, annihilateurs. Les élèves ne font
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 récepteur
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,
Développements attendus
Utiliser une analogie pour différencier une tension électrique  intensité de courant (C1).
 associe la tension électrique et  de courant à des éléments différents  analogie courante telle
un circuit  un circuit de voiture, une piste de ski...
Citer différents exemples de générateurs électriques et indiquer la transformation  dont ils sont le siège
(C2).
 cite différents exemples de générateurs électriques et indiquer la transformation  dont
ils sont le siège.
Citer différents exemples de récepteurs et indiquer la transformation  dont ils sont le siège (C3).
 cite différents exemples de récepteurs et indique la transformation  dont ils sont le
siège.
Identifier les conditions de circulation  courant électrique dans un circuit (C4).
 identifie la présence  générateur,  suite ininterrompue de conducteurs électriques et de récepteurs
formant un circuit fermé.
HPT
Formation scientifique

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Exemples de situations d’apprentissage
Descriptif
Développements
attendus principalement
visés
Fiches d’activité (FA)
FA1 « Mise en scène
du circuit électrique »
simple
C1, C4
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 
chimique et vice versa
C2, C3, C4
FE7
« Transformations
électrique »
différents récepteurs et dans différents générateurs
C2, C3
Fiches d’investigation (FI)
FI1 « Assemblage
voltaïques»
LED ou une ampoule
C1, C2
Autre activité possible
pile, accumulateur, 
C2

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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,
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  électrique en une énergie secondaire
(chimique, mécanique, therm 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 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-
o Effet chimique : cuves  accumulateurs lors de la 
o Effet électroluminescent : tubes luminescents, LED (diodes électroluminescentes),
écrans de TV et 
o Effet électromagnétique : 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, 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
  (UAA 9).

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Circuits et schémas électriques
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
Développements attendus
Construire un circuit électrique à partir  schéma (A1).
Face au schéma électrique  circuit simple sans dérivation (TP),
Face au schéma électrique  circuit simple, série ou parallèle (TQ),
 :
 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  courant électrique dans un circuit (C4).
 identifie la présence  générateur,  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
sens conventionnel du courant. Ce circuit peut comprendre une pile, un
Prévoir ce qui se produit si on inverse les bornes du générateur
C4
Sur base du 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  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
 connexion ou  récepteur  normalement pas de conséquence sur le fonctionnement
des autres.
 Le schéma électrique représente  des différents composants  circuit électrique,
en utilisant des symboles conventionnels.
 Symboles des composants usuels :
Générateur de tension
continue (symbole
général)
Interrupteur (ouvert)
Pile
Commutateur
Le contact est établi soit
entre les bornes A et B
(voir illustration), soit
entre les bornes A et C
Récepteur (symbole
général)
Ampoule, lampe à
incandescence
Résistance, rhéostat,
résistance
Moteur
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.
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.
pas la signification du kilowattheure : ils la confondent avec une puissance (kilowatt) ou parlent de
1
Voir section « Grandeurs électriques » ci-dessous.