Physique/Chimie - 4ème - Adaptation des dipôles
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Document du professeur 1/4 Niveau 4ème Physique – Chimie L’ADAPTATION Programme Ce chapitre illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril 2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du socle commun de connaissances et de compétences au collège ( B.O. n° 29 du 20 juillet 2006). Connaissances Capacités Exemples d'activités INTENSITÉ ET TENSION : DEUX GRANDEURS ÉLECTRIQUES ISSUES DE LA MESURE Quelles grandeurs électriques peut-on mesurer dans un circuit ? Pour fonctionner normalement, un dipôle doit être adapté au générateur utilisé. Intensité et tension nominales Surtension et sous-tension. Prévoir le fonctionnement d’une lampe connaissant sa tension nominale et la tension du générateur branché à ses bornes. Interpréter en termes de tension ou d’intensité l’éclat d’une lampe dont on connaît les valeurs nominales. Choix, dans un assortiment de lampes, de celles que l'on peut alimenter avec une pile donnée. [Thème : Sécurité ; Pensée statistique] [Technologie : environnement et énergie] [Mathématiques : notation scientifique, ordre de grandeur ; organisation et gestion de données] [Histoire des sciences : les travaux d’Ampère, les travaux de Volta] Pré requis de l’élève L’élève sait brancher un multimètre en ampèremètre ou en voltmètre. o Mots-clé tension nominale intensité nominale o o o o sous-tension surtension o o volt ampère Liste de matériel Poste élève o o o o o o o o o o Une alimentation à 6 tensions continues Lampe de tension nominale 6 V, 100 mA Lampe de tension nominale 3,5 V, 200 mA Lampe de tension nominale 12 V, 100 mA Une platine de câblage Support de lampe pour platine de câblage 2 x Multimètres numériques Interrupteur pour platine de câblage Fils de connexion noirs 50 cm Fils de connexion rouges 50 cm © PIERRON 2007 Références 01983 03703 04198 03706 10338 10270 01266 10273 60040 60041 L’adaptation (page 1) Document du professeur 2/4 Remarques et astuces : o L’utilisation de lampes différentes dans un circuit comportant des dérivations peut servir d’introduction à la notion d’adaptation. o Dans l’activité 2, il peut s’avérer très pratique pour différencier les trois lampes de mettre sur l’ampoule un petit point de correcteur blanc que l’on colorie ensuite de façons différentes en fonction du type de lampe ou d’apposer sur le support de chaque lampe une étiquette. o On peut aussi utiliser des piles que l’on associe en série afin d’augmenter la tension délivrée par le « générateur » et observer le comportement d’une lampe. Prolongements o L’association en série de piles pour augmenter la tension du générateur (les tensions s’additionnent) permet d’obtenir une tension adaptée au fonctionnement d’un appareil électrique. On adapte alors le générateur au dipôle au lieu d’adapter le dipôle au générateur. o Le branchement direct de lampes non adaptées sur le secteur peut s’avérer extrêmement dangereux. o En France la tension du secteur est d’environ 230 V. Certains appareils électriques utilisés en voyage (rasoir électrique, sèche cheveux) sont équipés d’un commutateur permettant de les utiliser avec une tension de 110 V, ce qui peut s’avérer utile à l’étranger. o La tension délivrée par une batterie de voiture est de 12 V, les différents éléments (lampes, auto radio, allume cigare..) doivent donc fonctionner avec cette tension. On pourra néanmoins remarquer que les lampes bien que possédant la même tension nominale ne sont pas interchangeables car elles n’ont pas la même intensité nominale et ne brillent donc pas de la même façon. o Il est possible aussi, dans cette activité expérimentale, de faire rechercher le générateur adapté à une lampe donnée : Ainsi, en disposant d’une lampe (3,5 V ; 200 mA) et de piles de 1,5 V, on peut faire rechercher l’association de piles qui fait briller la lampe normalement. Certes l’association de piles n’est pas au programme, mais les élèves utilisent couramment l’association de piles en série pour alimenter leur baladeur, leurs jeux électroniques … Ceci n’est qu’un prolongement que le professeur mettra ou non en œuvre en fonction de sa classe Compétences qu’il est possible d’évaluer Expérimentales Théoriques © PIERRON 2007 - Réaliser un circuit électrique Brancher un multimètre en fonction voltmètre ou ampèremètre Identifier une lampe adaptée à un générateur Savoir lire les mesures Suivre un protocole expérimental Ranger le matériel Écrire les observations Tirer les conclusions L’adaptation (page 2) Document du professeur 3/4 Nom : Prénom : Classe : Date : Physique – Chimie L’ADAPTATION Objectifs : - Adapter une lampe à un générateur ; Prévoir le fonctionnement d’une lampe connaissant sa tension nominale et la tension du générateur branché à ses bornes ; Interpréter en termes de tension ou d’intensité du courant électrique l’éclat d’une lampe dont on connaît les valeurs nominales. Activité 1 : Fonctionnement d’une lampe 1. Observer la photo ci-contre. Sur le culot de la lampe sont indiquées les valeurs de la tension nominale et de l’intensité nominale. Noter les. Tension nominale : 6 V Intensité nominale : 100 mA. 2. Brancher la lampe aux bornes d’un générateur de tension continue variable. Compléter le tableau ci-dessous en indiquant l’éclat de la lampe (faible – normal – fort) et l’état de la lampe (lampe en surtension – lampe en sous-tension – lampe adaptée). 3, 5V 6V 9V 12 V Eclat de la lampe Faible Normal Fort Fort Etat de la lampe Lampe en sous tension Lampe adaptée Lampe en sur tension Lampe en sur tension Tension aux bornes du générateur Dans quels cas la lampe brille t-elle anormalement ? Dans le 1er, le3ème et le 4ème cas ; la lampe brille anormalement lorsque la tension aux bornes du générateur est inférieure ou supérieure à la tension nominale de la lampe. La lampe est adaptée au générateur lorsqu’elle brille normalement : comparer alors sa tension nominale et la tension délivrée par le générateur. Que remarquez vous ? Elles sont identiques. Activité 2 : Choix d’une lampe adaptée à un générateur 1. Vous disposez d’un générateur délivrant une tension de 6V, d’un interrupteur, d’un ampèremètre, d’un voltmètre et de trois lampes : L1 : 3,5 V - 200mA L2 : 6V - 100 mA L3 : 12 V - 100mA Sur la platine de câblage, réaliser le circuit schématisé ci-contre. © PIERRON 2007 L’adaptation (page 3) Document du professeur 4/4 2. Pour chaque lampe, mesurer la tension à ses bornes et l’intensité du courant qui la traverse. 3. Compléter le tableau. Lampe L1 (3,5V - 200mA) L2 L3 (6V - 100 mA) (12 V - 100mA) Tension aux bornes de la lampe X X X Intensité du courant qui traverse la lampe X X X Comparer les valeurs mesurées aux valeurs nominales de la lampe L1. La tension aux bornes de la lampe est supérieure à sa tension nominale. L’intensité du courant qui traverse la lampe est supérieure à l’intensité nominale. Comment la lampe brille t-elle ? La lampe brille fortement. Comparer les valeurs mesurées aux valeurs nominales de la lampe L3. La tension aux bornes de la lampe est inférieure à sa tension nominale. L’intensité du courant qui traverse la lampe est inférieure à l’intensité nominale. Comment la lampe brille t-elle ? La lampe brille faiblement. Quelle lampe est en surtension ? La lampe L1 est en surtension. Quelle lampe est en sous-tension ? La lampe L3 est en sous-tension Quelle lampe est adaptée au générateur ? La lampe L2 est adaptée au générateur. Dans ce cas que peut-on dire des valeurs mesurées par rapport aux valeurs nominales (tension et intensité) de la lampe ? Les valeurs sont identiques. EN CONCLUSION : Une lampe est adaptée à un générateur lorsque la tension délivrée par ce dernier est égale à sa tension nominale. L’intensité du courant électrique qui la traverse est alors égale à son intensité nominale. La lampe fonctionne normalement. Une lampe est en surtension lorsque la tension à ses bornes est supérieure à sa tension nominale. L’intensité du courant électrique qui la traverse est alors supérieure à son intensité nominale. Elle brille fortement et risque de griller. Une lampe est en sous tension lorsque la tension à ses bornes est inférieure à sa tension nominale. L’intensité du courant électrique qui la traverse est alors inférieure à son intensité nominale. Elle brille faiblement. © PIERRON 2007 L’adaptation (page 4)
