TDS en electricite CAP

TDS en électricité CAP

Symboles et schémas électriques.

• Découper, coller et nommer les symboles de l’annexe n°1.
• Coller en dessous de chaque symbole les photos correspondantes.

On peut commencer ce travail en classe avec eux , à’aide d’un transparent ou d’un vidéo projecteur, et leur faire terminer à la maison.

On peut aussi leur demander de chercher et de rajouter d’autres photos comme une batterie par exemple.

• Nommer les dipôles constituant le circuit électrique ci-dessus.
• Établir la liste de matériel nécessaire pour réaliser ce circuit.
• Demander le matériel nécessaire à votre professeur et réaliser ce circuit.

On pourra demander aux élèves, lors de cette première manipulation, de dévisser l’ampoule quand l’interrupteur est fermé. …

1. Les différents types de montages.

.Pour être mieux vu la nuit, vous décidez d’adapter une seconde ampoule à votre lampe frontale.

• Proposer un ( ou plusieurs ) schéma(s)  électrique(s) vous permettant de réaliser cette nouvelle lampe.

Laisser  libre cours aux propositions de vos élèves, et laisser leur les réaliser pour qu’ils se rendent compte par eux même de leur(s) erreur(s), sauf si le montage est trop dangereux, bien entendu !

On retrouve le plus souvent, dans les propositions des élèves, le circuit série, le circuit en dérivation avec les lampes positionnées différemment selon les groupes, mais aussi celui-ci où seule l’ampoule L1 brille.

• Dresser une liste de matériel nécessaire pour réaliser votre ( ou vos ) circuit(s) électrique(s).
• Demander le matériel nécessaire à votre professeur et réaliser ce ( ou ces ) circuit(s).
• Interpréter votre ( ou vos ) expérience(s), et faites un choix de circuit, si vous en avez proposé plusieurs.

                  Vous pouvez faire des expériences supplémentaires pour argumenter votre choix !

Leur faire remarquer la différence de luminosité entre leurs différents circuits (s’ils ne l’ont pas déjà vu !) pour les amener à choisir celui qui sera le plus intéressant pour eux.

Les amener à penser à dévisser une ampoule dans chacun de leur circuit pour qu’ils puissent argumenter leur choix précédent.

1. Conclusion.

À vous d’aider vos élèves à trouver la trace écrite qu’ils vont inscrire dans leur cahier. Sinon, faites-leur une proposition, la plus simple possible, et à eux de se la personnaliser.

Exemple :

Il existe deux types de montages électriques :

• En série, où les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres et ne formant qu’une seule boucle.

Oralement ou par écrit :ce type de montage n’est que très peu utilisé, essentiellement dans le cas d’un interrupteur ou encore d’un témoin lumineux.

• En dérivation (on dit aussi en parallèle), où les dipôles forment plusieurs boucles.

Déroulement de l’évaluation :

      Cette évaluation a été réalisée avec des groupes de 22 élèves. Elle a été réalisée dans une salle comportant des paillasses latérales. C’est sur ces paillasses latérales qu’a eu lieu l’évaluation expérimentale, des plaques de bois permettant de séparer les postes de travail évitant ainsi la possibilité d’entraide.

Les élèves sont répartis en 2 groupes. Le 1^er groupe commence par la réalisation du montage tandis que l’autre démarre l’évaluation écrite. Sur chaque poste latéral, se trouve le schéma d’un montage dans une pochette plastique et une caisse comportant plus de matériel qu’il n’en faut pour réaliser ce montage. Le schéma du montage est différent pour 2 postes adjacents (on peut alterner 2 schémas différents).

Dès qu’un élève a fini son montage, il lève la main pour appeler le professeur qui note immédiatement sur le sujet. L’élève peut ensuite aller à sa place pour traiter le reste du sujet. Au bout de 10 min maximum, la 1^ère série d’élèves doit avoir fini le montage. Le 2^ème groupe passe alors à la partie expérimentale.

Devoir de Sciences Physiques

Vous répondrez aux questions en faisant des phrases.

Exercice 1 : dipôles et circuit électrique

1. Répondre par vrai ou faux et corriger la phrase si elle est fausse (/3):

    a. Un dipôle récepteur produit du courant électrique.

b. Une lampe convertit l’énergie lumineuse en énergie électrique.

c.  Pour qu’un courant circule dans un circuit, il faut qu’il y ait un dipôle générateur et que le circuit soit ouvert.  

2. Compléter le tableau suivant (/2):                                                                          

3. Les  schémas A et B représentent-ils le même montage ?

Justifier.(/2)

Schéma ASchéma B

Exercice 2 : Courant électrique dans plusieurs circuits

Dans les 3 circuits suivants A, B et C, indiquer si la lampe brille ou non en expliquantpourquoi dans chaque cas.(/3)

    circuit Acircuit B circuit C

 Exercice 3 : Schématiser un circuit électrique

Dans le circuit ci-contre, la lampe brille.

Schématiser ce montage.   

…

Exercice 4: Réaliser un montage électrique

Lorsque le professeur vous appellera, vous devrez réaliser le montage correspondant au schéma qu’il vous donnera.                                                                                   

Thème II :    Electricité

Chapitre 1  :                Le circuit électrique
Le courant électrique

I.            Le circuit électrique

A.          Quels sont les éléments d’un circuit électrique ?

Un circuit comporte plusieurs types d’éléments :

• Le générateur (pile, batterie, alimentation,…) qui fait circuler le courant électrique.
• Un ou plusieurs récepteurs (lampe, diode, résistance,…) qui transforment le courant électrique.
• Des fils électriques qui permettent le passage du courant électrique.

Ces éléments sont tous connectés entre eux par des soudures ou des fiches.

On appelle dipôle tout élément d’un circuit électrique qui possède deux bornes (deux pôles) de connexion. Par exemple : pile, ampoule, diode, moteur,…

B.          Comment sont constitués les générateurs ?

Les générateurs possèdent 2 …………, une borne notée + et une borne notée - ; ce sont des ………… .

C.          Comment est constituée une lampe ?

Expérience : trouvons les deux bornes de la lampe

1.            Avec une pile plate :

Réalisez les montages suivants et coloriez en jaune les lampes qui s’éclairent.

Conclusion : Le ……… et le ……… de la lampe sont les pôles de celle-ci.

2.            Avec une pile plate et un fil :

Réalisez les montages suivants et coloriez en jaune les lampes qui s’éclairent.

3.            Avec une pile plate et deux fils :

Réalisez les montages suivants et coloriez en jaune les lampes qui s’éclairent.

D.          A-t-on rencontré d’autres dipôles ?

Les fils, la pile, l’interrupteur sont des dipôles que l’on a rencontrés.

La pince crocodile est-elle un dipôle ? NON c’est un connecteur.

II.          Comment faire passer le courant dans un circuit ?

Complétez les dessins avec des fils de connexion et expérimentez les deux montages. Coloriez la lampe en jaune lorsqu’elle s’allume. Concluez.

Pour que le courant circule dans un circuit il faut remplir trois conditions :

• Le circuit doit comporter un générateur (ici la pile) et au moins un récepteur (lampe).
• Tous les éléments du circuit doivent être des conducteurs c'est-à-dire qu’ils doivent se laisser traverser par le courant électrique.
• Tous les éléments doivent former une chaîne ininterrompue (continue).

On dit que le circuit est ouvert si la chaîne des éléments est interrompue. Alors, le courant ne circule pas.

Sinon il est fermé et le courant peut circuler.

III.         Dans quel sens circule le courant dans un circuit ?

Comme le courant circule dans le circuit électrique, on peut lui attribuer un sens.

On a choisi de dire qu’il sortait du générateur par le pôle positif et qu’il y rentrait par le pôle négatif : c’est le sens conventionnel du courant.

 A l’extérieur du générateur, le courant électrique circule de la borne positive à la borne négative du générateur.

On représente le sens de circulation du courant par une flèche.

Exercice : représentez le sens du courant sur le dessin ci-dessous.

Chapitre 2  :                Conducteurs et isolants

I.            Comment faire la distinction entre une substance conductrice et une substance isolante ?

Vérifiez que le montage fonctionne en faisant toucher A et B. La lampe doit s’éclairer.

Les circuits réalisés ne présentent aucun danger. S’ils étaient réalisés avec une prise de courant à la place de la pile il y aurait danger de mort.

II.          Définissons les mots conducteurs et isolants.

Un matériau conducteur est un matériau qui ...............................................................................

......................................................................................................................................................

Un matériau isolant est un matériau qui .......................................................................................

......................................................................................................................................................

III.         L’air est-il conducteur ou isolant?

Comment déterminer expérimentalement si l’air est conducteur ou isolant ?

On peut déterminer expérimentalement si l’air est conducteur ou isolant  en .............................

......................................................................................................................................................

IV.        L’Homme est-il conducteur ou isolant ?

Citez un exemple qui vous montre que l’homme est conducteur.

......................................................................................................................................................

Pourquoi notre montage ne fonctionne pas correctement ?

......................................................................................................................................................

Utilisons le détecteur de courant.

En utilisant le détecteur de courant sur l’Homme on observe que la lampe est

...........................  donc l’Homme est ........................................................................................... .

V.         L’interrupteur est-il conducteur ou isolant ?

Lorsqu’on ouvre un interrupteur dans un circuit, cela revient à intercaler un isolant dans le circuit.

Quel est cet isolant ? Cet isolant est ............................................................................................  .

VI.        Un exemple d’objet avec des parties conductrices et des parties isolantes.

Complétez avec les mots isolant(e) ou conducteur(trice).

Un fil électrique comporte une gaine isolante entourant un fil électrique métallique conducteur. Pour effectuer une connexion électrique, il faut dénuder l’extrémité du fil, c'est-à-dire enlever l’isolant et serrer le conducteur à l’aide d’une vis conductrice ou d’une pince crocodile conductrice.

Chapitre 3  :                 La schématisation du circuit électrique

I.            Pourquoi faut-il schématiser les circuits électriques ?

Pour l’instant nous avons réalisé des montages électriques simples à partir de dessins.

Quand le montage devient complexe, le dessin devient incompréhensible.

Il faut représenter chaque élément d’un circuit par un symbole normalisé d’un circuit électrique afin de réaliser un schéma.

II.          Comment représenter les éléments d’un circuit électrique ?

Dans un schéma (et non plus un dessin) chaque élément est représenté par un symbole unique normalisé.

Complétez le tableau suivant.

III.         Comment tracer un schéma électrique ?

A.          Règles de représentation des circuits électriques

• Les traits doivent être faits à la règle.
• Les éléments doivent être dessinés de manière proportionnée.
• Les fils électriques doivent être verticaux ou horizontaux.
• Le sens conventionnel du courant se représente par une flèche sur les fils.

B.          Méthode (voir p 98)

IV.        Exemples

Tracez le schéma correspondant aux dessins ci-dessous.

Indiquez le sens conventionnel du courant.

Chapitre 4  :                 Le sens du courant électrique

I.            Dans quel sens circule le courant dans un circuit ?

Exercice : représentez le sens du courant sur le schéma ci-dessous.

II.          Quelle est l’influence du sens courant dans le circuit ?

Dans chaque cas on permute les bornes de la pile.

A.          Avec une lampe comme seul récepteur

B.          Avec un moteur comme seul récepteur

C.          Avec une diode et une lampe comme récepteurs

D.          Avec une diode électroluminescente (DEL)

III.         Comment imposer le sens du courant dans un dipôle ?

Dans chaque schéma ajoutez à différents endroits le sens du courant.

Que concluez-vous ?

Chapitre 5  :                Lampes en série ou en dérivation

Problème : on souhaite allumer plusieurs lampes

I.            Expérience préliminaire

Réalisez le montage ci-dessous.

Indiquez l’éclat de l’ampoule par des rayons.

II.          Comment allumer deux lampes ?

Matériel à disposition :une pile plate, 2 lampes, 4 fils de connexion

Recherchez les différentes façons d’allumer les 2 lampes

Schématisez chaque fois le montage

Indiquez par des rayons l’éclat des lampes en le comparant à celui de l’expérience préliminaire.

Sur chaque montage dévissez une lampe observezet notez ce que fait l’autre lampe.

Concluez :               ............... types de montage sont possibles.

• « Les lampes sont toutes sur le même chemin » :                                                                      (montage ......... )

Þ Il s’agit d’un montage en .............................................................

• « Les lampes sont chacune sur un chemin différent » :

Þ Il s’agit d’un montage en ...........................  ou ..........................                            (montage............ )

Remarque :          Les points où se rejoignent les fils sont appelés des ...............................................

                               Dans ce montage il y a

Quel est le type de montage utilisé dans une installation domestique ? (En justifiant)

.........................................................................................................................................................................................................

Chapitre 6  :                 Les risques électriques 
et leur prévention

I.            L’électrocution / l’électrisation

A.          L’électrocution

Électrocuter : Provoquer la mort par une décharge d'électricité.

B.          L’électrisation

Électriser : Faire prendre (à un corps) des propriétés ou des charges électriques.

II.          Les courts-circuits

A.          Réalisez un court-circuit dans un montage en série

1.            Réalisez le montage ci-dessous

2.            Notez l’éclat des lampes L₁ et L₂ avant et après avoir relié les bornes de L₁ par un fil conducteur (on dit que L₁ est court-circuitée ou shuntée)

3.            Concluez

......................................................................................................................................................

B.          Réalisez un court-circuit dans un montage en dérivation

1.            Réalisez le montage ci-dessous

2.            Notez l’éclat des lampes L₁ et L₂ avant et après avoir court-circuiter L₁

3.            Indiquez pourquoi il est recommandé de ne pas rester longtemps dans cette situation. Notez ce qui se passe au niveau de la pile.

4.            Concluez

......................................................................................................................................................

Chapitre 7  :                 Adaptation générateur lampe

I.            Indications inscrites sur le matériel distribué

A.          Pile

Sur la pile, vous pouvez observer une grandeur appelée 
la tension à vide ou la force électromotrice de la pile.

Cette grandeur s’exprime en volt (symbole V)

Indiquez la tension à vide de la pile : .................................................................................

B.          Ampoules

Sur les ampoules, vous pouvez observer une grandeur appelée
la tension d’usage ou tension nominale de la lampe.

Cette grandeur s’exprime en volt (symbole V)

Indiquez la tension nominale de chaque lampe : ................................................................

II.          Observations

III.         Conclusions

Pour qu’une pile et une lampe soient adaptées il faut que la tension à vide de la pile soit  à la tension nominale de la lampe.

La lampe est sous-alimentée si la tension à vide de la pile est ................................................  à la tension nominale. On dit aussi qu’il y a sous-tensionaux bornes de la lampe.

La lampe est suralimentée si la tension à vide de la pile est ...................................................  à la tension nominale. On dit aussi qu’il y a surtension aux bornes de la lampe.

Remarque : lorsque la lampe est suralimentée elle risque de griller

Fiche exercices : adaptation générateur lampe

As-tu bien appris le cours ?

1.            Complétez :
En fonctionnement normal, la ………… du générateur doit être légèrement supérieure ou égale à la tension ………… de la lampe. L'unité de la tension électrique est le ………… , de symbole ………… .
Entre les bornes d'une prise du secteur, la tension vaut ………… elle est très dangereuse.

2.            Complétez :
Si la tension de la pile est nettement ………… à la tension de la lampe, celle-ci est en ... et risque d'être détruite.
Si la tension de la pile est ………… à la tension de la lampe, celle-ci est en ... et fonctionne mal.
Si la tension de la pile est ………… à la tension de la lampe, celle-ci fonctionne normalement.

3.            Quelle est la condition nécessaire pour qu'une pile soit adaptée à une lampe ?

4.            Sur la boîte comme sur l'ampoule de cette lampe, tu lis deux indications. Quelle est sa tension d'usage ?

As-tu bien compris le cours ?

5.            Aux bornes d'une pile de 1,5 V, on branche une lampe de 1.2 V. La lampe est-elle détruite ? Brille-t-elle normalement ?

6.            Une lampe de 3,5 V est branchée aux bornes d'un générateur de 6 V. La lampe est-elle adaptée ? Y a-t-il surtension ou sous-tension aux bornes de la lampe? Que risque-t-on?

7.            Une lampe de 12 V est branchée aux bornes d'un générateur de 6 V. La lampe est-elle adaptée ? Fonctionne-t-elle normalement ? Y a-t-il surtension ou sous-tension aux bornes de la lampe ?

8.            Si tu relies les deux bornes d'une lampe à incandescence de 220 V aux bornes d'une pile plate, la lampe brille-t-elle ? Pourquoi ?

9.            Pour faire fonctionner une lampe de 3,5 V on dispose de trois piles de 1,5 V, 4,5 V et 9 V. Indique comment va fonctionner la lampe avec chacune de ces piles.

10.         Place dans chaque case l'une des propositions suivantes :

grillée - adaptée - brille faiblement.

Utilise tes connaissances

11.         Pierre tente l'expérience schématisée ci-dessous. La lampe ne brille pas. a) La lampe est-elle adaptée à la pile

b) Quelles peuvent être les causes de la panne ?

c) Si une lampe branchée aux bornes d'une pile ne brille pas, peut-on toujours dire qu'elle n'est pas adaptée'? Pourquoi?

12.       Tu as trouvé une pile sur laquelle il n'y a plus d'indication de tension, mais tu peux supposer que celle-ci est inférieure à 9 V. Tu disposes de quatre lampes de: 1,2 V, 3,5 V, 4,5 V et 9 V. Dans quel ordre dois-tu essayer ces lampes pour déterminer approximativement la tension de la pile sans griller aucune lampe?

13.         On te donne trois piles de 1,5 V, 4,5 V et 6 V, dont l'indication de tension a été masquée. A l'aide de trois lampes de 1,2 V, 4,5 V et 6 V, peux-tu reconnaître les piles sans griller les lampes ? Comment fais-tu ?

14.         Tu disposes de deux générateurs de 4,5 V et 6 V, et de deux lampes de 3,5 V et 4,5 V. Tu veux, faire briller chacune d'elles en la branchant aux bornes d'un générateur.

Choisis les deux couples (générateur - lampe) convenables.

15.         Marie désire réaliser l'éclairage d'une maison de poupée. Elle dispose d'une pile de 4,5 V et de deux lampes : l'une de 3,5 V, l'autre de 6 V.
a) Schématise le montage du circuit qu'elle doit réaliser.
b) Quelle lampe doit-elle utiliser? Pourquoi?

Fais des calculs

16.         Il existe des unités multiples du volt. Ainsi, le mégavolt (symbole MV) vaut un million de volts.
Convertis la tension de 400 000 V (tension utilisée pour le transport de l'électricité dans les lignes haute tension) en mégavolts.

17.         Le millivolt (mV) est un sous-multiple du volt : 1V = 1000mV.

La tension d'une photopile est de 0,35 V. Exprime cette tension en millivolts.

Chapitre 8  :                Associations de piles

I.            Comment allumer correctement une lampe de 3,5V avec des piles de 1,5V

Lorsqu’on veut allumer une lampe de 3,5V, quelle pile utilise-t-on ?

On utilise une pile ……… de tension à vide ………… .

On veut allumer cette même lampe de 3,5V avec plusieurs piles de 1,5V.

Combien de piles de 1,5V allez-vous prendre ? ...........................................................................

Essayez différents montages.

Dessinez-les tous.

Indiquez par des rayons l’éclat de la lampe.

Dans le montage qui convient les piles sont montées
 en …………… et en ……………

Expliquez ce que cela veut dire :

Dans ce cas la tension de l’ensemble est égale à …………………… des tensions de chaque pile.

Dans les autres montages les piles sont montées
 en …………… et en ……………

La tension d’un générateur ……………………………………… de celle des autres.

Fiche exercices : associations de piles

1.            Après avoir observé une pile plate de 4,5V en partie démontée, indiquez de quoi elle est formée.

2.            Dans les montages suivants :

a.            Indiquez l’éclat de la lampe.

b.            Indiquez par quelle pile vous pourriez remplacer celles qui ont été utilisées pour obtenir un même éclat de la lampe ?

3.            Citez des appareils où l’on met plusieurs piles en série et en concordance.

4.            Rayez les réponses inutiles

Les tensions de plusieurs piles montées en série et en concordance s’ajoutent / se retranchent.

Les tensions de deux piles montées en série et en opposition s’ajoutent / se retranchent.

Si dans un circuit en série, je relie la borne + d’une pile à la borne + d’une autre pile, celles-ci sont montées en opposition / concordance ; les tensions s’ajoutent / se retranchent.

5.            Indiquez la légende qui convient sous chaque schéma : concordance ou opposition

6.            Combien de piles de 1,5V doit-on monter en série et en concordance pour obtenir 4,5V ? …………………………………………

7.            Etude de la lampe torche

La lampe torche est alimentée par …… piles rondes de 1,5V.

Placez-les sur le dessin.

Schématisez, à côté de la vue en coupe, le circuit de la lampe torche.

Observez et indiquez

•Avec quelle borne de la batterie de piles le plot est en contact : ……………………

•Le culot est-il directement en contact avec la borne - de la batterie de piles ? ……………
Comment est-il relié ? …………………………………………………………………………………
Un montage où une masse métallique (ayant d’autres fonctions) sert aussi de conducteur du courant électrique est un montage ………………………… .

Recherchez et notez le symbole de la masse :

Tracez le schéma linéaire du circuit de la lampe torche.

Indiquez à côté comment on doit le comprendre.

Remarque : une étude analogue a été faite sur le circuit électrique de la bicyclette.

Recherchez d'autres exemples de circuits électriques avec retour par la masse :

8.            Les accumulateurs A et B montés en série sont-ils en concordance ou en opposition dans le montage ci-dessous ?

9.            On dispose d’une pile plate de 4,5V et d’un accumulateur de 1,2V.

Combien y a-t-il de branchements en série possibles de ces deux générateurs ?
Quelle(s) tension(s) obtient-on ?