TDS en électricité CAP
Symboles et schémas électriques.
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.
|
On pourra demander aux élèves, lors de cette première manipulation, de dévisser l’ampoule quand l’interrupteur est fermé. …
.Pour être mieux vu la nuit, vous décidez d’adapter une seconde ampoule à votre lampe frontale.
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.
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.
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 :
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.
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 1er 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 1ère série d’élèves doit avoir fini le montage. Le 2ème groupe passe alors à la partie expérimentale.
Matériel par poste (10 postes): une caisse comportant - un générateur de tension (6V/12V) - une pile - des pinces crocodiles - un moteur - un interrupteur - 2 lampes (6V ; 0,1A) - Des fils de connexion |
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):
Symbole du dipôle | ||||
Nom du dipôle | pile | lampe |
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.
Chapitre 1 : Le circuit électrique
Le courant électrique
Un circuit comporte plusieurs types d’éléments :
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 ?
1. La pile plate | 2. La pile ronde | 3. Le générateur de travaux pratiques |
La lame la plus longue est la borne ……… La lame la plus courte est la borne ……… | La borne rouge est la borne ……… La borne noire est la borne ……… |
Les générateurs possèdent 2 …………, une borne notée + et une borne notée - ; ce sont des ………… .
Expérience : trouvons les deux bornes de la lampe
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.
Réalisez les montages suivants et coloriez en jaune les lampes qui s’éclairent.
Réalisez les montages suivants et coloriez en jaune les lampes qui s’éclairent.
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.
Complétez les dessins avec des fils de connexion et expérimentez les deux montages. Coloriez la lampe en jaune lorsqu’elle s’allume. Concluez.
L’interrupteur est ………… parce que les 2 lamelles se touchent. Le circuit est ………… . La lampe est ………… . | L’interrupteur est ………… parce que les 2 lamelles ne se touchent pas. Le circuit est ………… . La lampe est ………… . |
Pour que le courant circule dans un circuit il faut remplir trois conditions :
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.
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
Réalisez le montage ci-contre en intercalant différents objets entre A et B. Complétez le tableau suivant en indiquant pour chaque objet :
|
Vérifiez que le montage fonctionne en faisant toucher A et B. La lampe doit s’éclairer.
Objet (entre A et B) | Matériau (ou substance) | Observation Etat de la lampe La lampe est : (allumée ou éteinte) | Conclusion Le matériau est : (conducteur ou isolant) |
Règle en bois | |||
Règle en aluminium | |||
Stylo en matière plastique | |||
Feuille de papier | |||
Fil de cuivre | |||
Mine de crayon | |||
Ciseaux en acier | |||
Homme | Peau | NE CONCLUEZ PAS ! |
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.
Un matériau conducteur est un matériau qui ...............................................................................
......................................................................................................................................................
Un matériau isolant est un matériau qui .......................................................................................
......................................................................................................................................................
Comment déterminer expérimentalement si l’air est conducteur ou isolant ?
On peut déterminer expérimentalement si l’air est conducteur ou isolant en .............................
......................................................................................................................................................
Observation : | Conclusion |
La lampe brille-t-elle ? ………, la lampe …………………… . | L’air est un ……………………… . |
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 ........................................................................................... .
Lorsqu’on ouvre un interrupteur dans un circuit, cela revient à intercaler un isolant dans le circuit.
Quel est cet isolant ? Cet isolant est ............................................................................................ .
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
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.
Nom de l’élément | Symbole |
Pile | |
Alimentation (générateur) | |
Lampe | |
Voyant | |
Interrupteur ouvert | |
Interrupteur | |
Fil | |
2 fils connectés à un noeud | |
2 fils non connectés entre eux | |
Diode | |
DEL (ou LED) | |
Moteur à courant continu | |
Resistor | |
Bouton poussoir |
III. Comment tracer un schéma électrique ?
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
Identifier les différents éléments du circuit et noter leur symbole | Parcourir le circuit en partant de la borne + du générateur | Tracer un rectangle en trait fin | Placer le symbole du générateur sur un des côtés du rectangle | Placer les symboles des autres éléments du montage | Repasser en trait plus épais les lignes qui représentent les fils de connexion |
IV. Exemples
Tracez le schéma correspondant aux dessins ci-dessous.
Indiquez le sens conventionnel du courant.
Dessin | Schéma |
Chapitre 4 : Le sens du courant électrique
Exercice : représentez le sens du courant sur le schéma ci-dessous.
Dans chaque cas on permute les bornes de la pile.
Observation | ||
Conclusion : |
Observation | ||
Conclusion : |
C. Avec une diode et une lampe comme récepteurs
Observation | ||
Conclusion : |
Observation | ||
Conclusion : |
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
Réalisez le montage ci-dessous.
Faiblement éclairée | Normalement éclairée | Fortement éclairée |
Indiquez l’éclat de l’ampoule par des rayons.
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.
Je schématise le montage | Je dévisse une lampe, J’observe, je note | Je donne le nom de ce type de montage | |
Montage 1 | |||
Montage 2 …………… |
Concluez : ............... types de montage sont possibles.
Þ Il s’agit d’un montage en .............................................................
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)
.........................................................................................................................................................................................................
Électrocuter : Provoquer la mort par une décharge d'électricité.
Électriser : Faire prendre (à un corps) des propriétés ou des charges électriques.
II. Les courts-circuits
Avant | Après |
......................................................................................................................................................
Avant | Après |
......................................................................................................................................................
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 : .................................................................................
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 : ................................................................
Tension à vide de la pile | Tension nominale de l’ampoule | Eclat de la lampe (faible, normal ou fort) | On dit que l’ampoule est : |
4,5 V | 1,2 V | ||
4,5 V | 2,2 V | ||
4,5 V | 3,5 V | ||
4,5 V | 6 V |
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 ?
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 ?
pile | 1,5V | 4,5V | 9V | |
lampe | ||||
1 V | ||||
3,5 V | ||||
7,2 V |
grillée - adaptée - brille faiblement.
Utilise tes connaissances
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?
Choisis les deux couples (générateur - lampe) convenables.
Fais des calculs
La tension d'une photopile est de 0,35 V. Exprime cette tension en millivolts.
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
Montage 1 |
Montage 2 |
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.
Vue en coupe | Schéma du circuit 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.
Ce qu'on représente | Ce qu'il faut 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 :
Combien y a-t-il de branchements en série possibles de ces deux générateurs ?
Quelle(s) tension(s) obtient-on ?