La fée électricité

La fee électricité

La fee électricité

Par là uniquement si vous êtes pressés d'aller au cours et souhaitez passer l'introduction

Il y a 140 ans l’électricité est entrée timidement dans nos maisons

L’année 1881 à Paris, au Palais de l’industrie sur les Champs-Élysées, on a célébré la fée électricité avec la première Exposition Internationale d’électricité. Cette exposition eut un retentissement considérable. Le public put y admirer de nombreuses inventions qui ont progressivement bouleversé la vie des gens.

À travers ses différentes représentations, la Fée Électricité illustre le progrès et l'innovation

Crédits

Véritable Fée

Aujourd’hui, apprécions-nous encore les qualités de l’électricité ? Alors qu'un milliard de personnes dans le monde n'ont toujours pas accès à l'électricité, nous l’utilisons quotidiennement sans y réfléchir. Résultat, la consommation d’électricité dans le monde ne cesse de croître. Et pourtant, notre consommation d’électricité n’est pas sans risque pour notre environnement ...

Quelle évolution !

https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/le-developpement-durable/la-consommation-d-electricite-en-chiffres

Ce matin, votre professeur de physique a trouvé dans sa boîte aux lettres un bien étrange courrier ...

Exp : Thomas Edison Rue du Paradis

Professeur de physique Enseignement secondaire

Ce courrier ne peut être ouvert qu’en présence de vos élèves

Chers élèves, Depuis la Rue du Paradis, mes amis, André-Marie Ampère, James Prescott Joule, Charles-Augustin Coulomb, Alessandro Volta, Georg Simon Ohm, Benjamin Franklin, Zénobe Gramme, Nikola Tesla.. et moi-même observons ce que vos sociétés ont fait de nos inventions. Si je prends le risque d’enfreindre le secret et de vous écrire aujourd’hui, c’est parce que nous sommes très inquiets. Nous avons travaillé avec ardeur et passion pour contribuer aux connaissances scientifiques et apporter le progrès. Mais depuis quelques temps, nous observons avec effroi les effets pervers de nos inventions : la fée électricité est en train de se muer en sorcière et si nous ne faisons rien, les conditions de vie sur Terre seront de plus en plus impactées. Pour sauver la situation, nous ne voyons qu’une solution : vos sociétés doivent d’urgence apprendre à réapprécier l’électricité à sa juste valeur. Nous plaçons notre espoir en vous les jeunes car vous nous avez déjà montré à plusieurs reprises votre engagement pour un monde plus responsable. Pour vous préparer à la mission que nous vous confions, vous aurez des épreuves à surmonter. Les instructions vous parviendront au fur et à mesure de vos progrès. Une fois lu, brûlez ce message et son enveloppe et n’en parlez à personne avant notre signal. Nous comptons sur vous. Thomas Edison

Chers élèves, Depuis la Rue du Paradis, mes amis, André-Marie Ampère, James Prescott Joule, Charles-Augustin Coulomb, Alessandro Volta, Georg Simon Ohm, Benjamin Franklin, Zénobe Gramme, Nikola Tesla et moi-même observons ce que vos sociétés ont fait de nos inventions. Si je prends le risque d’enfreindre le secret et de vous écrire aujourd’hui, c’est parce que nous sommes très inquiets. Nous avons travaillé avec ardeur et passion pour contribuer aux connaissances scientifiques et apporter le progrès. Mais depuis quelques temps, nous observons avec effroi les effets pervers de nos inventions : la fée électricité est en train de se muer en sorcière et si nous ne faisons rien, les conditions de vie sur Terre seront de plus en plus impactées. Pour sauver la situation, nous ne voyons qu’une solution : vos sociétés doivent d’urgence apprendre à réapprécier l’électricité à sa juste valeur. Nous plaçons notre espoir en vous les jeunes car vous nous avez déjà montré à plusieurs reprises votre engagement pour un monde plus responsable. Pour vous préparer à la mission que nous vous confions, vous aurez des épreuves à surmonter.

Waouah, il est temps d'aller en classe

Classe 303

Bibliothèque

Labo

Loc. Info

Charles-Augustin Coulomb (1736 - 1806)

Avant toute chose, il est essentiel de découvrir la nature de l’électricité, ce qui permet d’électriser un corps et de comprendre pourquoi toutes les matières ne réagissent pas de la même manière. Vous reconnaîtrez la formule de la force qui porte mon nom et que j’ai longuement étudiée.

Pratique les post-it ! Suivez bien l'ordre indiqué et découvrez le matériel pour expérimenter. Vous trouverez au fur et à mesure de nouveaux indices en répondant aux épreuves en ligne.Dans vos cahiers vous répondrez aussi aux questions de recherche et réflexion. Enfin, n'oubliez pas que les manuels de sciences peuvent vous apporter une aide précieuse à tout moment !!!

Expérience 1A : Attirer ou repousser un objet à distance

Défi à réaliser en groupe : À l'aide du matériel mis à votre disposition trouver comment attirer ou repousser à distance les tubes et pailles fournis

• Travailler sur une table bien lisse ou idéalement sur une paire de rails parallèles en plastique.
• Prendre des photos et noter vos observations.
• Schématiser les expériences réalisées et représenter les forces mises en jeu à l'aide de vecteurs.

• Consigner vos résultats dans un document de synthèse et proposer une interprétation des phénomènes observés.

Expérience 1B : Étudier la force de Coulomb

À l'aide du matériel mis à votre disposition rechercher les paramètres qui influencent la force d'interaction électrique

• Commencer par émettre des hypothèses avant de réaliser des expériences permettant de les éprouver.
• Travailler sur une table bien lisse ou idéalement sur une paire de rails parallèles en plastique.
• Prendre des photos et noter vos observations.
• Schématiser les expériences réalisées et représenter les forces mises en jeu à l'aide de vecteurs.

• Consigner vos résultats dans un document de synthèse.

Quand deux corps initialement neutres sont frottés l’un à l’autre, il peut se produire une électrisation par frottement. Celle-ci s'explique par un transfert d'électrons : le corps qui cède des électrons se charge positivement tandis que le corps qui capte des électrons se charge négativement. La table triboélectrique permet de déterminer le matériau qui cède et celui qui reçoit les électrons lors d'une électrisation par frottement entre eux.

La force électrique qui s'exerce entre corps chargés s'appelle la force de Coulomb. Des objets porteurs d’une charge de même signe se repoussent tandis que des objets porteurs d’une charge de signe opposé s’attirent. La force s’exerçant entre deux corps chargés est d’autant plus grande qu'ils sont proches l’un de l’autre et qu’ils sont fortement chargés. La force de Coulomb agit à distance. On dit qu'il règne un champ électrique dans l'espace environnant un corps chargé.

Le symbole de la charge électrique est q. Le coulomb (C) est l'unité de charge électrique du Système International (SI). La charge électrique d’un corps est toujours un multiple entier de la charge élémentaire e = 1,60.10-19 C. Un proton a une charge de 1,60.10-19 C tandis qu'un électron a une charge de -1,60.10-19 C. Un atome est neutre car il comporte autant de protons que d'électrons.

Exercices 1A, 1B, 1C, 1D

Exercices 1E, 1F

Exercice 1G

Exercice 1H

Conducteurs et isolants

Un matériau est conducteur électrique si les charges électriques peuvent s’y déplacer librement. A cause de leur répulsion mutuelle, les charges se répartissent préférablement à la surface des conducteurs. Si le conducteur est relié à la terre, les électrons se déplaceront vers la terre ou depuis la terre jusqu'à rétablir la neutralité du conducteur. Un matériau dans lequel les charges électriques se déplacent difficilement est dit isolant. Les isolants s'électrisent facilement par frottement. Les conducteurs peuvent s'électriser par frottement à la condition d'être tenus par un support isolant.

À l'intérieur d'un cable électrique, on trouve des fils de cuivre conducteur entourés de plastique isolant

En marchant sur un tapis, en enlevant son pull synthétique, en touchant la main de quelqu'un ou une porte métallique... on peut entendre un crépitement, voir des petites étincelles, ressentir des picotements ou une douleur soudaine. Ces phénomènes sont assez courants et encore plus fréquents en hiver. Rechercher l'origine de ces phénomènes et pourquoi ils sont plus fréquents en hiver ?

Pourquoi un ballon frotté sur votre pull de laine colle-t-il au mur ? Aidez-vous de cette animation pour proposer une explication.

Expérience 2 : une canette obéissante

Déposer une canette vide sur la table pour qu'elle puisse rouler librement.Approcher un tube en PVC à quelques cm de la canette ; le tube et l'axe de la canette sont placés parallèlement. Vérifier que rien ne se passe. Frotter ensuite le tube à l'aide d'un tissu de manière à le charger avant de l'approcher de la canette comme précédemment.Reproduire l'expérience avec un tube en plexiglass. À l'aide de la table triboéectrique, prévoir la charge portée par les tubes frottés avec le tissu. Prendre des photos et noter vos observations. Schématiser les expériences réalisées et proposer une interprétation des phénomènes observés.

Exercice 2A

Exercice 2B

Construction d'un pendule électrostatique

Réaliser un pendule électrostatique à l'aide d'une paille en plastique (ou d'une petite branche d'arbre) coudée, d'un fil fin en nylon, d'un morceau de papier aluminium et d'un support (pince à linge ou plasticine).

ou

Expérience 3 : Le pendule électrostatique

• À l'aide de la table triboélectrique, prévoir la charge portée par les tubes frottés avec le tissu.
• Approcher un objet chargé négativement par frottement de la petite boule du pendule sans toucher celle-ci. Approcher ensuite l'objet chargé négativement jusqu'à toucher la petite boule du pendule.
• Reproduire l'expérience avec un objet chargé positivement par frottement. Veuillez à bien décharger le pendule électrostatique avant de démarrer l'expérience.

Prendre des photos et noter vos observations.Schématiser les expériences réalisées et proposer une interprétation des phénomènes observés.

Exercice 3A

Exercice 3B

Exercice 3C

Expérience 4 : L'électroscope

• À l'aide d'un fil de métal, d'un pot en verre avec couvercle en plastique et de papier aluminium, réaliser un électroscope.

• Tester votre électroscope et réaliser différentes expériences pour comprendre son fonctionnement et être capable de l'expliquer.

Exercice 4A

Exercices 4B, 4C

Exercice 4D

Exercice 4E

Électrisation d'un objet

Quand deux objets initialement neutres sont frottés l’un à l’autre, il peut se produire une électrisation par frottement : l'objet qui cède des électrons se charge positivement tandis que l'objet qui capte des électrons se charge négativement.

Électrisation par contact Lorsqu'un objet négatif touche un objet neutre, des électrons peuvent passer sur l'objet neutre qui devient alors négatif. Lorsqu'un objet positif touche un objet neutre, il attire et capte des électrons de l'objet neutre qui devient alors positif.

L'électrisation par influence (= par induction) se déroule sans contact direct. Lorsqu'on approche un corps chargé (l'inducteur) d'un objet neutre sans le toucher, l'objet se polarise sous l'action des forces de Coulomb. Si l'objet est maintenu isolé, sa charge globale reste neutre, et sa polarisation disparait lorsque l'inducteur est éloigné. Si l'objet est relié un bref instant à la terre, il y a un mouvement d'électrons depuis l'objet vers la terre ou depuis la terre vers l'objet et l'objet acquière une charge de signe contraire à celle de l'inducteur.

Exercice 5

Exercice 6

Les indices à récolter dans la classe (partie 1 : électrostatique) pour accéder au laboratoire (partie 2 : électrocinétique)

Indices obtenus en résolvant les exercices : 1A : électriser ; 1B : électrons ; 1C : toujours ; 1D : signe ; 1E : force ; 1F : Coulomb ; 1G : élémentaire ; 1H : charge ; 2A : contact ; 2B : distance ; 3A : grande ; 3B : exerce ; 3C : négativement ; 4A : influence ; 4B : repoussent ; 4C : défaut ; 4D : petite ; 4E : entier ; 5 : opposés ; 6 : corps

POUR LE PROF

Le texte à compléter à l'aide des 20 mots récoltés se trouve dans l'enveloppe derrière la balance de Coulomb sur l'étagère. Déplacer la balance de Coulomb pour accéder à l'enveloppe.

On peut électriser un corps soit par frottement, soit par contact , soit par influence (= par induction). Un corps chargé négativement présente un excès d’électrons . Un corps chargé positivement présente un défaut d’électrons. La charge est toujours un multiple entier de la charge élémentaire e. la force qui s’exerce entre deux corps électrisés s’appelle la force de Coulomb. Deux charges de signes opposés s’attirent, deux charges de même signe se repoussent . Cette force est d’autant plus grande que les charges sont élevées et que la distance qui les sépare est petite . é c i n é c d c t e é f e c o s r g d p Avec les lettres 1, 3, 4, 10, 13, 17, 18 reconstituez le mot clé qui vous ouvrira la porte du laboratoire.

Le code pour ouvrir la porte du labo est : énergie

André-Marie Ampère (1775 - 1836)

Quand deux corps de charges différentes sont mis en contact, directement ou par l’intermédiaire d’un corps conducteur, un courant électrique se produit. Avec moi, vous apprendrez ce qu’est-ce qu’un courant électrique et comment construire et schématiser un circuit électrique. Vous découvrirez également la loi des intensités dans un circuit ...

Crédits

La porte du laboratoire est bloquée par un mot de passe

Introduire le mot de passe

1,5 V

Expérience 1 : Allumer une ampoule

Trouver comment connecter une petite ampoule à incandescence (sans soquet) à une pile plate pour la faire briller. Regarder attentivement avec une loupe les composants de l’ampoule pour comprendre son fonctionnement. L’ampoule à filament brille lorsque son filament est traversé par un courant électrique capable de le chauffer fortement et de le rendre incandescent. Vous avez réalisé un circuit électrique. Prenez une photo de votre circuit et schématisez le.

4,5 V

Crédits

Expériences 2 : Les effets du courant

Réaliser les expériences décrites pour découvrir les effets du courant électrique. Prendre des photos des expériences. Pour chaque expérience, noter vos observations et compléter la conclusion : "Le passage de courant électrique dans ............ a produit un effet ............"

2A) Expérience à réaliser sur un espace dégagé d’une table de laboratoire et en présence de votre professeur.Placer un peu de laine de fer sur un verre de montre.Mettre la laine de fer un bref instant au contact des deux bornes d’une pile plate.

4,5 V

Expériences 2 : Les effets du courant (suite)

Réalise l'expérience décrite ci-dessous pour découvrir un des effets possibles du courant électrique. Prendre des photos de l'expérience. Noter vos observations et compléter la conclusion : "Le passage de courant électrique dans ............ a produit un effet ............"

2B) Relier une petite ampoule LED à une pile de 1,5 V. Attention : la plus grande "patte" de la led doit être reliée au pôle positif, l'autre "patte" au pôle négatif de la pile. Inverser les connexions ou utiliser une tension supérieure à 1,5V risque d'endommager l'ampoule.

1,5 V

Expériences 2 : Les effets du courant (suite)

Réalise l'expérience décrite ci-dessous pour découvrir un des effets possibles du courant électrique. Prendre des photos de l'expérience. Noter vos observations et compléter la conclusion : "Le passage de courant électrique dans ............ a produit un effet ............"

2C) Réaliser un mélange d’eau et de sel de cuisine (chlorure de sodium) dans un récipient suffisamment large.Plonger un court instant les deux bornes d’une pile plate dans la solution.

4,5 V

Expériences 2 : Les effets du courant (suite)

Réalise l'expérience décrite ci-dessous pour découvrir un des effets possibles du courant électrique. Prendre des photos de l'expérience. Noter vos observations et compléter la conclusion : "Le passage de courant électrique dans ............ a produit un effet ............"

2D) Prendre un boulon ou un clou en fer doux. Enrouler un fin fil électrique isolé autour du boulon pour réaliser un bobinage assez serré. Enlever l’isolant aux deux extrémités du fil enroulé.Déposer quelques trombones en fer ou autres objets légers en fer doux sur la table.Relier les extrémités dénudées du fil électrique aux deux bornes d’une pile plate et approcher la pointe du boulon au contact des trombones avant de le soulever. Déconnecter ensuite la pile.

4,5 V

Expérience 3 : Circuit simple

4,5 V

Réaliser un circuit comprenant une pile plate, une ampoule, un soquet, des câbles électriques et un interrupteur permettant de commander l’allumage de l’ampoule. Prendre une photo de votre circuit. Schématiser votre circuit à l’aide des symboles normalisés. Indiquer le sens conventionnel du courant dans le circuit.

Symboles normalisés

Un circuit électrique est toujours constitué d'une source d'énergie électrique (un générateur électrique comme une pile, un accumulateur, une dynamo, une cellule photoélectrique, ...) reliée par des câbles électriques à un ou plusieurs récepteurs électriques. Le générateur électrique transforme une énergie initiale (chimique, mécanique, lumineuse, ...) en énergie électrique alors que le récepteur électrique transforme l'énergie électrique en énergie utile (thermique, lumineuse, chimique, mécanique, ...)

Pour qu'un courant électrique circule dans un circuit électrique, il faut que celui-ci soit fermé. Un circuit est fermé lorsqu'il est constitué d'une suite ininterrompue de matériaux conducteurs d'électricité. Les matériaux bons conducteurs d'électricité sont les métaux, le graphite, les solutions ioniques, ... Les matériaux qui sont très mauvais conducteurs d'électricité sont dits isolants. Les matériaux isolants sont : l'air, le papier, le tissu, le plastique, le bois,... A quoi correspond le courant électrique ? Un courant électrique correspond en réalité à un déplacement de particules chargées. Dans les matériaux métalliques, le courant électrique est dû au déplacement des électrons. Dans une solution ionique, il est du au déplacement des ions positifs et des ions négatifs. Quel est le sens du courant électrique ? Le sens conventionnel du courant dans le circuit électrique va toujours de la borne positive du générateur vers la borne négative du générateur. Remarques importantes :

• Le sens conventionnel du courant ne tient pas compte du sens de circulation réel des particules chargées dans le circuit.

• Attention, dans le générateur le sens conventionnel du courant va de sa borne négative à sa borne positive.

Expérience 4 : Intégrer une cellule photoélectrique

Réaliser un circuit avec une cellule photoélectrique, des câbles et un buzer. Exposer la cellule photoélectrique à la lumière de manière à actionner le buzer. Prendre une photo du circuit réalisé. Schématiser votre circuit à l’aide des symboles normalisés.Légender votre schéma en identifiant le générateur et le récepteur électrique et indiquer le sens conventionnel du courant dans le circuit.

Symboles normalisés

Expérience 5 : Démonter une lampe

Schématiser le circuit électrique de cette lampe. Démonter certaines pièces de la lampe pour bien comprendre son fonctionnement. Prendre une photo des pièces démontées. Corriger votre schéma si nécessaire.

Expérience 6 : Plusieurs récepteurs

À l’aide du matériel à disposition (pile, deux ampoules identiques vissées sur un soquet, câbles électriques), trouver la manière de connecter deux ampoules de sorte que leur éclairement soit maximal. Comparer l’éclairement des circuits comprenant une et deux ampoules.Prendre des photos attestant de vos résultats. Schématiser les circuits réalisés à l’aide des symboles normalisés.Indiquer le sens conventionnel du courant sur les schémas.

4,5 V

Il est rare qu’un circuit ne contienne qu’un seul récepteur. Dans un branchement en série, les récepteurs sont branchés les uns derrière les autres. Dans un branchement en parallèle, on dit aussi en dérivation, les récepteurs sont connectés en parallèle aux deux mêmes points du circuit. Dans un circuit mixte, il y a une combinaison de branchements en série et en parallèle.

V, ampère, résistance, q, C, ... ??? Cet exercice te permettra de mettre un peu d'ordre dans tes connaissances sur les principales grandeurs électriques. Recopie le tableau lorsqu'il a été validé.

Intensité du courant I(A)

L'intensité du courant électrique en un point du circuit correspond à la quantité de charges passant chaque seconde par ce point. L'intensité représente donc le débit de charges électriques. Son symbole est I.

L'unité dans le SI de l'intensité est l'ampère (A). 1 A = 1 C / 1 s L’intensité se mesure avec un ampèremètre que l’on branche en série.

Remarque : l'intensité nominale renseignée pour un appareil correspond à la valeur de l'intensité du courant qui traverse l'appareil dans ses conditions normales d'utilisation.

Tension ou Différence de potentiel U(V)

La tension électrique aux bornes d'un générateur est la quantité d'énergie électrique que le générateur fournit à chaque unité de charge qui le traverse.La tension électrique aux bornes d'un récepteur est la quantité d'énergie électrique cédée par chaque unité de charge qui le traverse. Le symbole de la tension est U.

L'unité dans le SI de la tension est le volt (V). 1 V = 1 J / 1 CLa tension se mesure avec un voltmètre que l’on branche en parallèle (on dit aussi en dérivation).

Remarque : la tension nominale renseignée pour un appareil correspond à la valeur de la tension à laquelle il faut normalement soumettre l'appareil.

Résistance R(Ω)

La résistance électrique mesure la propriété d’un corps à s’opposer au passage du courant électrique. Son symbole est R. L'unité SI de la résistance est l'ohm (Ω). La résistance d'un dipôle peut se mesurer directement à l'aide d'un ohmmètre.

Tout conducteur, même celui qui transporte le courant électrique dans nos lignes électriques, présente une résistance. La résistance concerne toutes les parties électriques du circuit.

Soit un dipôle constitué d'un simple fil. Quels sont les facteurs susceptibles d'influencer la résistance d'une portion de fil ? Dresse l'inventaire de ces facteurs et imagine les expériences à réaliser pour tester leur influence.

Le mot résistance possède deux significations différentes : il est utilisé pour désigner la grandeur physique R ou pour désigner un résistor

Le terme résistance est utilisé aussi pour désigner les résistors, dipôles dont le rôle est de convertir l'énergie électrique en chaleur ou de limiter l'intensité du courant dans un circuit. Les symboles utilisés pour schématiser un résistor sont

Les résistors

Ajouter infos sur conditions expérimentales

Expérience 7 : Résistance d'un fil

Réaliser un circuit en série avec une ampoule et un morceau de fin fil conducteur. Varier la longueur, la section et la nature du fil et observer l'éclat de l'ampoule. Noter vos observations et analyser vos résultats. Recopier ensuite la conclusion en sélectionnant les propositions correctes : - Le courant circule d'autant mieux dans le circuit que le fil est fin - épais, que le fil est court - long, qu'il est dans un matériau bon conducteur - peu conducteur. - La résistance d'un fil est donc d'autant plus élevée que le fil est fin - épais,que le fil est court - long, qu'il est dans un matériau bon conducteur - peu conducteur.

4,5 V

Utilisation du multimètre pour mesurer ...

Une intensité

Une tension

Une résistance

Expérience 8 : Différents générateurs

Comment associer des piles de 1,5 V pour obtenir une tension de 4,5 V ? À l'aide de piles de 1,5 V et d'un multimètre, trouver comment associer les piles pour obtenir une tension de 4,5 V. Prendre une photo attestant votre réponse. Ouvrir une pile plate usagée et comparer le résultat de votre expérience au contenu de la pile plate.

4,5 V

1,5 V

1,5 V

1,5 V

1,5 V

Expérience 9 : Circuits en série et en //

À l’aide du matériel à disposition (pile 9V, ampoule avec soquet, câbles électriques, moteur électrique, résistor, 2 multimètres) réaliser les circuits correspondant aux schémas 1 et 2. Mesurer les valeurs des intensités I, I1, I2, I3 et des tensions UG, U1, U2, U3. Trouver ensuite la relation entre les intensités et la relation entre les tensions pour chacun de ces circuits.

Cliquer sur les images pour les aggrandir.

2 X

Expérience 10 : Construire un potentiomètre

À l’aide du matériel à disposition (pile 4,5V, ampoule avec soquet, câbles électriques, mine de crayon, multimètre) réaliser un potentiomètre et analyser son fonctionnement. Réaliser un document de synthèse présentant l'utilité d'un potentiomètre et expliquant son fonctionnement.

4,5 V

Lois des intensités et des tensions

1) Dans un circuit en série

I = I1 = I2 = I3 UG = U1 + U2 + U3

• L'intensité est la-même en tout point du circuit.
• La tension entre les bornes du générateur est égale à la somme des tensions entre les bornes des dipôles récepteurs.

2) Dans un circuit en //

I = I1 + I2 UG = U1 = U2

• L’intensité du courant dans la branche principale est égale à la somme des intensités dans les branches dérivées.
• Les tensions entre les bornes de dipôles branchés en dérivation sont égales et égales à la tension entre les bornes du générateur.

3) Dans un circuit complexe : Lois de Kirchhoff

Les lois de Kirchhoff généralisent les lois des intensités et des tensions aux circuits complexes constitués de plusieurs générateurs et/ou récepteurs dont certains sont placés en série et d'autres en parallèle. Elles portent le nom du physicien allemand qui les a établies en 1845 : Gustav Kirchhoff.

Lois des noeuds :Un noeud est un point d'un circuit où plusieurs courants peuvent arriver et d'où plusieurs courant peuvent repartir. La loi des noeuds provient de l'idée qu'aucune charge ne peut être créée, ni détruite. La somme des intensités des courants qui arrivent à un noeud est égale à la somme des intensités des courants qui repartent de ce noeud.

Lois des mailles :Une maille est une portion fermée d'un circuit. Quand une unité de charge parcourt une maille dans un sens quelconque, elle traverse généralement plusieurs récepteurs et plusieurs générateurs. En revenant à son point de départ, elle aura retrouvé la même énergie. La somme des énergies perdues doit être égale à la somme des énergies gagnées. La somme algébrique des tensions le long d'une maille est nulle.

Expérience 10 : Loi d'Ohm

À l’aide du matériel à disposition (une alimentation basse tension réglable, deux multimètres, câbles électriques, différents résistors) réaliser un circuit simple avec un résistor. Pour 6 tensions appliquées différentes, mesurer chaque fois la tension aux bornes du résistor et l'intensité du courant qui le traverse. Noter vos résultats dans un tableau. Reproduire la même expérience avec les autres résistors.

2 X

(ou association de piles)

Présentation et analyse des résultats expérimentaux

Schématiser le circuit avec le générateur, le résistor et les deux multimètres branchés correctement pour mesurer la tension aux bornes du résistor et l'intensité du courant qui le traverse. Présenter les résultats de vos mesures de U et de I dans un graphe (U en fonction de I). Pourrez-vous retrouver la loi d'Ohm et la valeur des résistances testées en analysant votre graphe ?

Si vous avez besoin d'aide, cliquez ici

Loi d'Ohm U = R.I

Lorsqu'un dipôle est soumis à une certaine tension électrique, il est traversé par un courant électrique dont l'intensité est d'autant plus faible que la résistance électrique du dipôle est élevée. La loi d'Ohm relie ces trois grandeurs :

U(V) = R(Ω) . I(A)

Laboratoire virtuel

Cette animation est un véritable laboratoire d'électricité. Son utilisation est assez intuitive. 1°) Commencer par construire un circuit électrique : prendre une pile, rajouter des éléments (résistances, ampoules, interrupteurs), des fils. 2°) Observer et mesurer ce qui se passe (différence de potentiel entre différents points du circuit, intensité du courant dans différentes branches du circuit).

3°) Les caractéristiques des différents éléments peuvent être modifiées. En fonction du circuit et des valeurs fixées, prévoir l'intensité du courant et la tension aux bornes des dipôles, vérifier ses prévisions à l'aide du voltmètre et de l'ampèremètre.

Une lampe torche sans batterie ???

Cette lampe torche fonctionne sans pile et sans batterie. Pour la recharger, il suffit de la secouer quelques instants. Comment est-ce possible ?

En faisant bouger l'aimant dans la bobine de cuivre, l'énergie mécanique produit de l'énergie électrique. Cette énergie électrique peut-être convertie directement en énergie lumineuse dans les ampoules ou être stockée dans un condensateur. Lors de sa décharge, le condensateur fournit l'énergie électrique nécessaire à l'éclairement des ampoules.

Comprendre l'utilité et le fonctionnement du condensateur

Les condensateurs sont des composants très courants dans les appareils électroniques.

Jouer plusieurs fois l'animation ci-contre pour comprendre leur principe de fonctionnement.

Une fois dans l'animation, sélectionner "Ampoule" puis

• relier le condensateur à la pile et charger le condensateur en glissant le curseur vers l'indication 1,5 V ;
• décharger le condensateur en le reliant à l'ampoule ;
• varier les dimensions du condensateur ;
• mesurer la tension à différents endroits ;
• observer le sens de circulation des électrons ...

Remarques : - Capacitance et capacité, terme plus souvent utilisé, sont des synonymes. - La charge comme la décharge d'un condensateur sont progressives, elles prennent un certain temps.

Bouteille de Leyde et commotion électrique

En 1746, à Versailles devant le roi Louis XV, l’abbé Nollet fait tressauter une chaîne de 180 soldats par la décharge d'une bouteille de Leyde, l'ancêtre des condensateurs.

H.Arnoult, L’Énergie, Paris, Quillet, 1925, p.247

Les indices à récolter dans le laboratoire (partie 2 : électrocinétique) pour accéder à la salle informatique (partie 3 : Energie et puissance) sont :

POUR LE PROF

Le code pour ouvrir la porte de la salle informatique est :

Début Puissance-énergie

POUR LE PROF

Changer le mot de passe vers la salle informatique ...

La porte de la salle informatique est bloquée par "info"

Activité collaborative sous forme d'enseignement en puzzle ou Jigsaw-Teaching

Le Jigaw-Teaching est une technique d'animation très simple et efficace pour faire partiper tous les élèves. Plusieurs variantes existent, celle qui est présentée ici est généralement très productive et dynamique. Chaque élève se voit attribuer une couleur et une lettre. Cette attribution détermine la tâche de l'élève ainsi que les élèves avec qui il devra ensuite collaborer. L'activité se déroule en 3 temps :1e) Chaque élève réalise individuellement le travail demandé en fonction de la lettre reçue. Cette étape peut-être réalisée à domicile.Ici, il s'agit de regarder une vidéo et prendre note des informations essentielles.2e) Les élèves se regroupent par lettre : les élèves ayant travaillé individuellement sur la même tâche échangent leurs connaissances afin de les développer, ils deviennent "experts". L'enseignant circule pour s'assurer de la qualité des productions dans les différents groupes. Ici, il s'agit de synthétiser et organiser les informations présentées dans la vidéo dans une carte mentale.3e) Les élèves sont redistribués en sous-groupes de couleur constitués cette fois de représentants de chaque groupe «d’experts» : ceux-ci partagent alors leurs connaissances pour réaliser une nouvelle tâche pour laquelle l'expertise acquise par chaque membre du groupe sera indispensable. Ici, il s'agit de répondre de manière argumentée à la question :"Comment un ventilateur électrique de 45 watts conçu pour nous raffraichir peut-il contribuer au réchauffement climatique ?"

POUR LE PROF

Ce ventilateur réchauffe-t-il la Terre ?

Comment un ventilateur électrique, d'une puissance de 45 watts, conçu pour nous raffraichir peut-il contribuer au réchauffement climatique ?

Cette fiche peut vous aider à finaliser votre réponse.

Vidéos explicatives sur la puissance et l'énergie électriques

Utiliser ses connaissances et raisonner pour progresser

1) Partant des définitions et des formules de la puissance, de la tension et de l'intensité électriques, démontrer que P = U.I 2) Donner la définition du kilowattheure et convertir 1 kWh en unité du Système International en détaillant les calculs.

Puissance électrique P(w)

La puissance électrique représente la quantité d’énergie électrique échangée (*) par seconde.

(*) énergie électrique donnée ou consommée selon qu'il sagit d'un générateur ou d'un récepteur électrique.

Pélec (W) = Eélec (J) / t (s)

Comme toutes les puissances, son unité SI est le watt (W). 1 W = 1 J . 1 s-1 La puissance nominale d'un récepteur est la puissance consommée par l'appareil en fonctionnement normal (avec la tension requise). Elle est en général renseignée sur l'appareil.

Comme U = E/q et I = q/t , on trouve

Pélec (W) = Eélec(J) / t(s) = U(V) . q(C) / t(s) = U(V) . I(A)

Pélec(W) = R(Ω) . I(A)2 et Pélec(W) = U(V)2 / R(Ω)

Sachant que U = R.I, on trouve aussi :

Puissance électrique

Selon le principe de conservation de l'énergie dans un circuit fermé :

Dans un circuit électrique (avec des dipoles en série et/ou en parallèle),

• la puissance électrique totale consommée est égale à la somme des puissances consommée par chaque dipole.
• la puissance électrique totale consommée est égale à la puissance électrique fournie par le(s) générateur(s).

Le kilolowatt-heure, kWh, est une unité d'énergie

Le kilowatt-heure est une unité d'énergie, 1 kWh correspond à la quantité d'énergie consommée par un appareil d'une puissance de 1 000 watts (soit 1 kW) fonctionnant pendant une heure. 1 kWh = 1000 W . 3600s = 3,6.106 J = 3,6 MJ

Pour connaître l'énergie consommée par un appareil électrique : Si l'appareil fonctionne avec une puissance constante, il suffit de multiplier celle-ci (en kilowatts) par sa durée d'utilisation (en heures).

Analyser sa consommation électrique pour mieux la réduire

1. Identifier l’appareil qui mesure la consommation électrique de votre habitation et noter l'unité de mesure.
2. Faire l’inventaire des appareils électriques que vous utilisez couramment chez vous et estimer leur consommation annuelle d’électricité. Les appareils les plus puissants sont-ils toujours les plus énergivores ? Présenter vos résultats dans un tableau en classant les appareils électriques en fonction de leur puissance (*).
3. Proposer une (ou deux) action(s) qui vous permettrai(en)t de réduire votre consommation d’énergie électrique de manière non négligeable. Estimer par calculs l’économie d’énergie électrique annuelle qui pourrait être réalisée avec cette (ou ces) action(s).
4. Comparer vos analyses entre vous.

*La puissance est renseignée directement sur l'appareil, sa fiche technique ou encore sur le site du fabricant. Vous pouvez également la mesurer à l'aide d'un wattmètre.

Le wattmètre

Le wattmètre mesure la puissance électrique consommée. Il renseigne souvent aussi la tension et l'intensité du courant et peut aussi mesurer l'énergie électrique consommée pendant une certaine durée.

On peut vérifier à l'aide de ces trois mesures consécutives, prises pour un spot en fonctionnement, que la puissance mesurée est bien égale au produit de la tension et de l'intensité.

Présenter de manière visuelle sur un poster ou une maquette plusieurs astuces permettant d'économiser l'énergie électrique domestique

Vous pouvez tester différents types d'éclairages grâce au kit de Scienceinfuse

Comment chauffer l'eau du thé ? Défi à réaliser en groupe

L'école s'engage dans une réduction de sa consommation d'énergie. Toutes les bonnes idées sont intéressantes ! Aidez vos enseignants à sélectionner l'appareil électrique qui consomme le moins d'énergie pour faire bouillir l'eau de leur thé.

1. Imaginer un protocole expérimental permettant de répondre à la question.
2. Réaliser les mesures nécessaires.
3. Présenter vos résultats et votre conclusion.

La quantité d'énergie que nous consommons chaque jour est démesurée par rapport à la quantité d'énergie que nous sommes capables de générer !!!

La puissance d'un homme sans entraitement particulier est beaucoup plus faible, environ 200 watts. Peu de sportifs sont capables de fournir une puissance de 700 watts comme Robert Förstemann et cela seulement sur une durée très courte. Calcule la durée durant laquelle le champion allemand a du pédaler avec une puissance de 700 watts de moyenne pour obtenir la quantité d'énergie nécessaire pour griller la tartine, soit 0,021 kWh.

Découvrir le fonctionnement du grille-pain

Un grille-pain utilise généralement le rayonnement infrarouge pour chauffer un morceau de pain. On produit cette radiation en faisant passer un courant électrique à travers un fil bobiné en alliage nickel-chrome, ce qui, par effet Joule, produit de la chaleur.

L'effet Joule

Le passage de courant électrique à travers un conducteur s'accompagne d'un dégagement de chaleur. Cette transformation d’énergie électrique en énergie thermique est appelée effet Joule.

L'effet Joule (étudié par James Prescott JOULE vers 1840) peut s'expliquer simplement par les frottements entre les atomes constituant le conducteur (qui résistent au passage du courant) et les électrons assurant le courant électrique. L'effet Joule se manifeste dans tout conducteur électrique avec plus ou moins d'importance. L'effet Joule est bénéfique et souhaité dans les appareils de chauffage tels que le grille-pain, le fer à repasser, le chauffe-eau électrique, le sèche-cheveux, le lave-vaisselle ... Il est aussi malheureusement responsable de pertes d'énergie électrique (lors du transport du courant électrique sur de longues distances et dans les moteurs électriques) et d'un échauffement des circuits pouvant causer leur dégradation et parfois un incendie.

Quels sont selon toi les facteurs qui déterminent l'effet Joule ?

Recherche expérimentale pour découvrir la loi de Joule

La loi de Joule

E(J) = P(w) . t(s) = U(V) . I(A) . t(s) = R(Ω) . I(A) . I(A) . t(s) E(J) = R(Ω) . I(A)2 . t(s)

L'énergie électrique E dissipée par effet Joule dans un conducteur est

• proportionnelle à la valeur de la résistance R ;
• proportionnelle au carré de l'intensité du courant I2 ;
• proportionnelle à la durée t pendant laquelle le conducteur est traversé par le courant électrique.

Les indices à récolter dans la salle d'informatique (partie 3 : Puissance et énergie) pour accéder à la bibliothèque (partie 4 : circuit élec et sécurité dans la maison) sont :

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Début Circuits et sécurité dans la maison

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Pour un ex encore à créer

Expérience : Court-circuit

• Réaliser un circuit en série avec une pile, des câbles, une ampoule et un petit fragment de laine de fer. L'ampoule doit être allumée.
• À l’aide d’un câble, court-circuiter l'ampoule pendant quelques secondes.
• Prendre des photos ou une vidéo de l'expérience réalisée.
• Noter vos observations et proposer une explication.
• Réaliser un rapport d'expérience comprenant un schéma normalisé du circuit et vos photos..

4,5 V

Quand survient un court-circuit ? Que peut-il provoquer ?

Réaliser une fiche de synthèse expliquant

• Ce qu'est un court-circuit
• Ce qu'il provoque
• Quand il apparaît

La multiprise

Vous avez déjà tous utilisé une multiprise. Voici une photographie légendée de l’intérieur d’une multiprise.Dans le fil de terre (reconnaissable à sa gaine isolante bicolore jaune et vert), il n’y a normalement aucun courant qui circule. Comment les trois prises sont-elles reliées ? En série ou en parallèle ?Justifier votre réponse à partir d'observations expérimentales et à partir de l'examen de la photographie.

Expérience : Trop de récepteurs en //

• Réaliser un circuit en série avec une pile, des câbles, une ampoule et un petit fragment de laine de fer. L'ampoule doit être allumée.
• Ajouter une deuxième puis une troisième ampoule en parallèle à la première.

• Prendre des photos ou une vidéo de l'expérience réalisée.
• Noter vos observations et proposer une explication.
• Réaliser un rapport d'expérience comprenant un schéma normalisé du circuit et vos photos..

4,5 V

La surcharge électrique

Réaliser une fiche de synthèse expliquant

• Ce qu'est une surcharge électrique
• Ce qu'elle provoque
• Quand elle apparaît

Les dangers de la foudre - Comment s'en protéger

Rassembler dans un document les conseils pour se protéger de la foudre.

Cette illustration met en scène 10 situations dangereuses. Seras-tu capable de les identifier ? .

Bon voyage dans le temps à la recherche des scientifiques auteurs de la lettre qu'Edison vous a envoyée. Classe les dans l'ordre chronologique de leur découverte.La suite des initiales de leur nom t'ouvrira le document final.

à 2030

Entrez le mot de passe pour découvrir le document final.

POUR LE PROF

STOP ;-)