Fiche professeurCollègeAtelier ExpérimentalMusée EDF Electropolis

Cet atelier est destiné à faire découvrir de manière ludique quelques propriétés de l’électricité aux élèves des classes de cinquième et quatrième, suivant les programmes de 2005.

Il n’est pas destiné à remplacer les activités effectuées en classe mais pourra constituer une introduction ou une révision, dans le cadre du programme ou en approfondissement.Pour la classe de troisième, il peut être une occasion de rafraichir les connaissances des classes antérieures.

Il comporte huit «défis» correspondant aux huit postes d’expérimentation :• la fiche 1 propose de montrer que l’électricité constitue un phénomène

présent partout dans la nature et introduit la notion d’électrisation et de charge électrique.

• la fiche 2 part de l’étymologie du mot pile pour présenter la plus courante des sources d’électricité.

• la fiche 3 propose de classer les matériaux en isolants et conducteurs et insiste sur la nécessité de la présence d’une suite de conducteurs dansun circuit

• la fiche 4 insiste sur l’importance du sens de branchement des pilespour qu’un appareil fonctionne.

• la fiche 5 établit le lien entre aimants, courant et électromagnétisme.• la fiche 6 part à la découverte du principe des moteurs électriques.• la fiche 7 tente une première approche de la schématisation d’un circuit à

partir du circuit réel.• la fiche 8 aborde le problème de la sécurité lié à l’utilisation d’un nombre

important d’appareils électriques branchés sur une même source.

Ces fiches sont destinées à évoluer ; merci de signaler les difficultés rencontrées lors de leur utilisation et de suggérer les améliorations ou modifications souhaitées.

L’équipe du Musée EDF Electropolis et le Service Educatif de Musées Mulhouse Sud Alsace se tiennent à votre disposition pour préparer et adapter votre visite au temps dont vous disposez, au niveau de votre groupe et à vos objectifs.

Références :Programmes de collèges : BO n° 5 HS du 25 août 2005 p 47-48, 55-56

Fiche professeurCollègeAtelier Expérimental : Les défi s.Musée EDF Electropolis

Quelques éléments de réponse :

• Fiche 1 : les petits papiers sont attirés par la règle ; l’expérience marche moins bien par temps humide ; l’électricité existe dans les atomes et le frottement transfère des électrons chargés d’une matière à l’autre. Autres cas d’électrisation : nuages et foudre, peigne dans les cheveux....

• Fiche 2 : bien respecter l’ordre d’empilement ; le «buzzer» ne fonctionne que dans un sens. la tension est mesurée en volts ; la pile est en réalité formée d’une série de piles élémentaires (cuivre, acide, zinc) dont les tensions s’additionnent.

• Fiche 3 : inscrire dans les cases le nom des matériaux ou des objets personnels testés ; introduire la notion de circuit fermé ; faire remarquer l’isolant des fils électriques et l’air comme isolant dans l’interrupteur.

• Fiche 4 : utiliser un fil rouge partant du et un fil noir pour le . Introduire les mot «continu» et «alternatif». Seule la lampe a un sens de branchement indifférent.

• Fiche 5 : l’aiguille de la boussole est un aimant qui s’oriente dans le champ magnétique terrestre. Les extrémités de l’aimant et de la bobine sont appelées pôles nord et sud. Les pôles de même nom se repoussent.

• Fiche 6 : la bobine plate de la maquette présente une face Nord et une face Sud et subit l’influence de l’aimant ; un des fils de contact de la bobine est isolé sur la moitié de sa surface, ce qui interrompt à chaque tour le courant et permet à la bobine de subir l’action magnétique toujours dans le même sens, et entretient le mouvement. Le «vrai» moteur comporte trois bobines dans lesquelles le courant passe successivement. Sur le vélo, la «dynamo» est en fait un alternateur.

• Fiche 7 : les fils sont fixes d’un côté ; il faut trouver le bon branchement pour que la lampe et le moteur fonctionnent simultanément. Reporter sur le schéma du circuit en série ; l’intensité est la même partout dans le circuit.

• Fiche 8 : plus on branche de lampes en parallèle, plus la pile doit fournir une intensité importante. l’intensité dans le fusible est la somme des intensités dans chaque lampe, symbolisée ici par trois flèches si trois lampes sont en service.

En savoir plus ?Connais-tu d’autres cas où on observe l’électrisation ?

• Tu peux voir d’autres expériences au Théâtre de l’Electrostatique

Découvre : d’où vient l’électricité ?

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Frotte une règle en plastique sur la laineet approche la des petits morceaux de papierou de la boule légère suspendue au fil.Que constates-tu ? dessine :

Observe et comprends :

Compte les et les dans la règle et la laine (en réalité,il y en a beaucoup plus ! )

avant le frottement après le frottement

Quel est le signe de la charge, après frottement de la règle? de la laine ?

Que s’est-il passé ?

(emploie les mots frottement, charge, électrisée...).......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

Retiens :

L’électricité existe dans tous les objets : la règle, la laine, le papier.Elle est présente dans les ...................................................................................

Défi 1

En savoir plus ?Enlève la moitié des rondelles (termine par la rondelle de zinc) et mesure la tension :

Pourquoi utilise-t-on plusieurs piles «en série» dans certains appareils ?

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Empile : une rondelle de cuivre (rouge)une rondelle de feutre trempée dans l’eau vinaigréeune rondelle de zinc (gris)une rondelle de cuivre (rouge)une rondelle de feutre trempée dans l’eau vinaigréeune rondelle de zinc(gris)ainsi de suite...

Relie le haut et le bas de la pile au buzzer puis au voltmètre.

Observe et comprends :

Complète le dessin de la pile électrique (dite de Volta) en y plaçant le voltmètre.Comment celui-ci te permet-il de repérer la borne de la pile ?

Colorie et complète :

Pourquoi ce dispositif s’appelle-t-il «pile» ?...............................................................................................................................

Que s’est-il passé ?

Une réaction chimique entre le cuivre, l’eau vinaigrée, qui est acide, et le zinc provoque l’apparition des charges électriques aux deux extrémités de la pile qu’on appelleborne et borne

Retiens :

Il existe une tension entre les bornes de la pile,que l’on mesure en ........................................................., avec un .............................................

ZZZ

Découvre :c’est fait comment une pile ?Défi 2

Cuivre Feutre Zinc

En savoir plus ?Observe un fil électrique : pourquoi est-il entouré de plastique ?

Observe un ancien interrupteur : quel est l’isolant qui empêche le courant de passer ?

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Place différents objets entre les bornes libres du circuit et observe la lampe

Observe et comprends :

Comment qualifier les matériaux de la première colonne ? ............................................................Ceux de la deuxième colonne ? ......................................................................

Que s’est-il passé ?

Quand l’objet est conducteur, le courant passe dans le circuit et la lampe brille.Quand l’objet est isolant, le courant ..................................

Retiens :

Pour qu’un circuit fonctionne, il faut un générateur : la pile, et le courant doit passer dans des conducteurs, on dit que le circuit doit être .........................................

Découvre :que faut-il pour que le courant passe ?Défi 3

la lampe brille : la lampe ne brille pas :

En savoir plus ?Les prises de courant ne sont pas comme les piles :

le courant change de sens 100 fois par seconde : il est .................................

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Relie la pile à la lampe, observe puis inverse le branchement des fils.Fais la même chose avec le buzzer, les diodes électroluminescentes, puis le moteur.Repère les objets pour lesquels le sens de branchement est important.

Observe et comprends :

Dessine les fils lorsque l’objet fonctionne. Sachant que le courant sort de la pilepar la borne , indique par une flèche le sens du courant dans les fils.

Que s’est-il passé ?

Le courant circule toujours dans le même sens : on dit qu’il est .......................................Certains objets ne fonctionnent que s’ils sont branchésdans le bon sens, par exemple : .................................................................................................................................................................................................................................................

Retiens :

Le courant a un sens : il sort de la pile par la borne :il faut faire attention lorsque tu installes ou tu changes une pile.

Sonnette : Lampe :

Moteur : Les 3 diodes :

Attention,danger, la tensionvaut 230 V, ne joue

jamais avec les prises.

Découvre : le courant a-t-il un sens ?Défi 4

En savoir plus ?La boussole est aussi un aimant : quel magnétisme lui fait indiquer le nord ?

Tu trouveras beaucoup de bobines dans les objets : moteurs, génératrices exposés au musée.

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Approche un côté de l’aimant de la boussole.Approche ensuite l’autre côté. Place la boussole à côté de la bobine et fais passerle courant puis retourne la bobine et fais passer le courant.

Observe et comprends :

Colorie et indique les pôles, appelés Nord et Sud, de l’aimant et de la boussole :

Colorie les extrémités, aussi appelées Nord et Sud, de la bobine et de la boussole :

Que s’est-il passé ?

L’aimant agit sur la boussole : c’est le magnétisme.La bobine parcourue par un courant se comporte comme un ..........................................

Retiens :

Un aimant comporte deux pôles notés : pôle .................................. et pôle .............................Un fil conducteur enroulé en bobine et parcouru par un courant remplace un aimant : c’est un électroaimant.

Découvre : quel rapport entrel’électricité et le magnétisme ?Défi 5

En savoir plus ?La Grande Machine du Musée fonctionne à l’inverse : quand la machine à vapeur la fait tourner,

il apparaît un courant dans ses bobines : c’est un générateur électrique.Comment s’appelle le générateur présent sur un vélo ?

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Place la bobine plate sur le support relié à la pile et approche l’aimant.Inverse ensuite le branchement des fils.

Observe et comprends :

Dans le «vrai» petit moteur, il y a un aimant et plusieurs bobines :Annote les images ci-dessous : la partie fixe (comportant l’aimant) s’appelle le stator,la partie qui tourne est le rotor

Que s’est-il passé ?

La bobine reliée à la pile tourne pour s’orienter par rapport à l’aimant ; un peu d’isolant sur l’axe coupe le courant : la bobine continue sur sa lancée puis le courant passeà nouveau, le mouvement se poursuit.

Retiens :

Pour fabriquer un moteur électrique, il faut une ou des bobines et des ...................................

Découvre : un moteur électrique, comment ça marche ?Défi 6

En savoir plus ?A ton avis, le courant qui passe dans la lampe est :

plus fort (intense) que dans le moteur ? moins intense que dans le moteur ?identique dans la lampe et le moteur ?

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Trouve la disposition des fils pour que la lampe brille et que le moteur tourne dansle sens de la flèche.

Observe et comprends :

Représente les fils sur le le croquis puis sur le schéma du circuit.Marque par une flèche le sens du courant dans chaque fil (souviens toi que le courant sort de la pile par la borne ), puis complète le schéma électrique.

Que s’est-il passé ?

Le courant qui sort de la borne de la pile passe d’abord dans la lampe, ensuite dans le moteur puis revient à la borne de la pile.

Retiens :

Pour qu’un appareil électrique fonctionne, il doit être traversé par le courant.La pile, la lampe et le moteur sont disposés en ..............................................

M

Découvre : comment représenter un circuit électriqueDéfi 7

En savoir plus ?Les lampes sont branchées en ....................................

Plus on branche de lampes et plus le courant fourni par la pile, et qui passe dans le fusibledevient ...................................... , ce qui provoque sa destruction par ....................................

Musée EDF Electropolis CollègeLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Visse une lampe puis deux puis trois...Regarde le fusible sous la loupe.Que risque-t-il arriver si on ajoute encore des lampes ?

Observe et comprends :

Combien de lampes sont allumées ?Dessine les flèches sur les filsoù passe le courant :

Que s’est-il passé ?

Plus on met de lampes et plus la pile doit fournir du courant : le courant dans le fil «fusible»...................................... ; celui-ci chauffe, fond et se coupe si le courant devient trop fort.

Retiens :

Il ne faut pas brancher trop d’appareils sur la même prise de courant.Le fusible fond et interrompt le courant si l’intensité de celui-ci devient trop forte.

Défi 8 Découvre : à quoi sert un fusible ?

Fiche professeurPrimaireAtelier Expérimental : Les défi s.Musée EDF Electropolis

Cet atelier est destiné à faire découvrir de manière ludique quelques propriétés de l’électricité aux élèves des cycles 2 et 3, suivant les programmes de 2002.

Il n’est pas destiné à remplacer les activités effectuées en classe mais pourraconstituer une introduction ou une révision, dans le cadre du programme ou en approfondissement.

Il comporte huit «défis» correspondant aux huit postes d’expérimentation :• la fiche 1 propose de montrer que l’électricité constitue un phénomène

présent partout dans la nature et introduit la notion d’électrisation et de charge électrique.

• la fiche 2 part de l’étymologie du mot pile pour présenter la plus courantedes sources d’électricité.

• la fiche 3 propose de classer les matériaux en isolants et conducteurs et insiste sur la nécessité de la présence d’une suite de conducteurs dansun circuit

• la fiche 4 insiste sur l’importance du sens de branchement des piles pourqu’un appareil fonctionne.

• la fiche 5 établit le lien entre aimants, courant et électromagnétisme.• la fiche 6 part à la découverte du principe des moteurs électriques.• la fiche 7 tente une première approche de la schématisation d’un circuit

à partir du circuit réel.• la fiche 8 aborde le problème de la sécurité lié à l’utilisation d’un nombre

important d’appareils électriques branchés sur une même source.

Ces fiches sont destinées à évoluer ; merci de signaler les difficultés rencontrées lors de leur utilisation et de suggérer les améliorations ou modifications souhaitées.

L’équipe du Musée EDF Electropolis et le Service Educatif de Musées Mulhouse Sud Alsace se tiennent à votre disposition pour préparer et adapter votre visite au temps dont vous disposez, au niveau de votre groupe et à vos objectifs.

Références :Documents d’application des programmes : fiches connaissances cycles 2 et 3,p 42-43 CNDP 2002Sciences et technologie : le monde construit par l’homme cycle 3, p 28-29 CNDP 2002

Fiche professeurPrimaireAtelier Expérimental : Les défi s.Musée EDF Electropolis

Quelques éléments de réponse :

• Fiche 1 : les petits papiers sont attirés par la règle ; l’expérience marche moins bienpar temps humide. Autres cas d’électrisation : nuages et foudre, peigne dans les cheveux...

• Fiche 2 : bien respecter l’ordre d’empilement ; le «buzzer» ne fonctionne que dansun sens.

• Fiche 3 : inscrire dans les cases le nom des matériaux ou des objets personnels testés ; faire remarquer l’isolant des fils électriques.

• Fiche 4 : utiliser un fil rouge partant du et un fil noir pour le . Seule la lampea un sens de branchement indifférent.

• Fiche 5 : l’aiguille de la boussole est un aimant qui s’oriente dans le champ magnétique terrestre. Les extrémités de l’aimant et de la bobine sont appelées pôles nord et sud. Les pôles de même nom se repoussent.

• Fiche 6 : la bobine plate de la maquette présente une face Nord et une face Sud et subit l’influence de l’aimant ; un des fils de contact de la bobine est isolé sur la moitié de sa surface, ce qui interrompt à chaque tour le courant et permet à la bobine de subir l’action magnétique toujours dans le même sens, et entretient le mouvement. Le «vrai» moteur comporte trois bobines dans lesquelles le courant passe successivement.

• Fiche 7 : les fils sont fixes d’un côté ; il faut trouver le bon branchement pour que la lampe et le moteur fonctionnent simultanément.

• Fiche 8 : plus on branche de lampes en parallèle, plus la pile doit fournir une intensité importante. Tout le courant passe dans le fusible qui chauffe et finit par fondre, interrompant le circuit.

En savoir plus ?Connais-tu d’autres cas où on observe l’électrisation ?

• Tu peux voir d’autres expériences au Théâtre de l’Electrostatique.

Musée EDF Electropolis PrimaireLes défi s d’Electropolis.

Expérimente :

Frotte une règle en plastique sur la laineet approche la des petits morceaux de papier.Que constates-tu ? dessine :

Observe et comprends :

Dans la règle et dans la laine, il y a de très petits objets, les atomes, dans lesquelsse trouvent des charges positives et des charges négatives , en nombre égal.En frottant, tu fais passer des charges négatives de la laine sur la règle.Compte les et le sur la règle et sur la laine.

Que s’est-il passé ?

Quand on frotte la règle sur la laine, elles s’électrisent mutuellement : la règleest maintenant chargée d’électricité : elle attire les objets légers (et la laine aussiest chargée !).

Retiens :

L’électricité existe dans tous les objets : la règle, la laine, le papier...On peut la faire apparaître par frottement.

Découvre : d’où vient l’électricité ?Défi 1

: 5 : 5

: ....... : .......

: ....... : .......

: ....... : .......

En savoir plus ?Sur les modèles de piles exposés sur le panneau , repère la borne et la borne

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Empile des anneaux ou des cubes, toujours dans le même ordre 1, 2, 3, 1, 2, 3, 1, 2, 3Empile ensuite : une rondelle de cuivre (rouge)

une rondelle de feutre trempée dans l’eau vinaigréeune rondelle de zinc(gris)une rondelle de cuivre (rouge)une rondelle de feutre trempée dans l’eau vinaigréeune rondelle de zinc(gris)ainsi de suite...termine par une rondelle de cuivre

Relie le haut et le bas de la pile à la sonnette.

Observe et comprends :

Complète le dessin de la pile de cubes puis celui de la pile électrique. Choisis une couleur pour colorier chaque cube et chaque rondelle.

Que s’est-il passé ?

Des charges électriques sont apparues aux deux extrémités de la pile, qu’on appelle borne et borne : place la borne sur le dessin.

Retiens :

Le courant électrique fourni par la pile fait fonctionner la sonnette.

1

2

3

1 32

12

Découvre :c’est fait comment, une pile ?Défi 2

ZZZ

Cuivre Feutre Zinc

En savoir plus ?Observe un fil électrique : pourquoi est-il entouré de plastique ?

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Place différents objets entre les bornes libres du circuit et observe la lampe.

Observe et comprends :

Que s’est-il passé ?

Quand l’objet est conducteur, le courant passe et la lampe brille.Quand le courant ne passe pas, on dit que l’objet est ...................................................

Retiens :

Pour qu’un circuit fonctionne, il faut une pile pour fournir l’électricité et le courant passe seulement si le circuit est formé de conducteurs.

la lampe brille : la lampe ne brille pas :

Découvre :que faut-il pour que le courant passe ?Défi 3

Note les matériaux dans les cases :- règle en plastique- cuivre- aluminium- papier- ciseaux...

En savoir plus ?Les prises de courant ne sont pas comme les piles : le courant change

tout le temps de sens : il est alternatif.

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Relie la pile à la lampe, observe puis inverse le branchement des fils.fais la même chose avec la sonnette, les diodes électroluminescentes, puis le moteur.

Observe et comprends :

Dessine les fils qui relient la pile à l’objet lorsque celui-ci fonctionne :

Que s’est-il passé ?

Le courant sort toujours de la pile par la borne : on dit qu’il est continu.Certains objets ne fonctionnent que si le courant passe dans le bon sens.

Retiens :

Le courant a un sens : il faut faire attention lorsquetu installes ou que tu changes une pile.

Sonnette : Lampe :

Moteur : Les 3 diodes :

Attention,danger,

ne touche jamaisaux prises.

Découvre : le courant a-t-il un sens ?Défi 4

En savoir plus ?Regarde les machines exposées au musée : tu y verras plein de bobines.

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Approche un côté de l’aimant de la boussole.Approche ensuite l’autre côté.Place la boussole à côté de la bobine et fais passer le courant.

Observe et comprends :

Colorie la boussole :

Colorie la boussole :

Que s’est-il passé ?

L’aimant agit sur la boussole : c’est le magnétisme.Quand on fait passer le courant dans un fil, on observe aussi le magnétisme, comme avec un aimant.

Retiens :

Un fil conducteur enroulé en bobine et parcouru par un courant remplace un aimant : c’est un électroaimant.

Découvre : quel rapport entrel’électricité et le magnétisme ?Défi 5

En savoir plus ?La Grande Machine du Musée fonctionne à l’inverse : quand la machine à vapeur

la fait tourner, elle produit du courant : c’est un générateur.

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Place la bobine plate sur le support relié à la pile et approche l’aimantInverse ensuite le branchement des fils.

Observe et comprends :

Repère l’aimant et les bobines dans le «vrai» petit moteur :Indique-les sur les images ci-dessous.

Que s’est-il passé ?

Quand on approche l’aimant, le magnétisme fait tourner la bobine.Si on change le sens du courant, le magnétisme fait tourner en sens inverse.

Retiens :

Pour fabriquer un moteur électrique, il faut des bobines et des aimants.

Découvre : un moteur électrique, comment ça marche ?Défi 6

En savoir plus ?Essaie maintenant de faire tourner le moteur dans l’autre sens.

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Trouve la disposition des fils pour que la lampe brille et que le moteur tournedans le sens de la flèche.

Observe et comprends :

Représente les fils sur le schéma du circuit.Marque par une flèche le sens du courant dans chaque fil.Souviens toi : le courant sort de la pile par la borne

Que s’est-il passé ?

Le courant qui sort du pôle de la pile passe d’abord dans la lampe, ensuite dans le moteur puis revient au pôle de la pile : on dit que la pile, la lampe et le moteur sont branchés en série.

Retiens :

Pour qu’un appareil électrique fonctionne, il doit être traversé par le courant.

Découvre : comment représenter un circuit électriqueDéfi 7

En savoir plus ?Autrefois, les fusibles s’appellaient «les plombs» ?

Connais-tu une expression qui utilise ce mot ?

Musée EDF Electropolis Les défi s d’Electropolis. Primaire

Expérimente :

Visse une lampe puis deux puis trois...Regarde le fusible sous la loupe.Que risque-t-il d’arriver si on ajoute encore des lampes ?

Observe et comprends :

Colorie les lampes allumées ?Compte les flèches sur les fils où passe le courant :Que remarques-tu ?

Que s’est-il passé ?

Plus on met de lampes et plus la pile doit fournir du courant : le fil «fusible» chauffe, fond et se coupe si le courant devient trop fort.

Retiens :

Il ne faut pas brancher trop d’appareils sur la même prise de courant.Sinon, le fusible fond et interrompt le courant si celui-ci devient trop fort.

Défi 8 Découvre : à quoi sert un fusible ?