court-circuit et securite electrique - Académie de Nancy-Metz

DOCUMENT PEDAGOGIQUE POUR LE PROFESSEUR
avec des DOCUMENTS pour les élèves Quelques références :
http://pedagogie.ac-montpellier.fr/scphysiques/SP61.htm
http://www.stethonet.org/fmc/electroc.htm Le programme officiel :
Qu'est-ce qu'un circuit électrique ? (2h)
Activité expérimentale 1 :
Contenus-notions : Circuit électrique simple avec une seule lampe
ou un moteur :
- rôle du générateur
- fils de connexion
- rôle de l'interrupteur
Sécurité (danger du secteur
Du dessin au schéma, symboles normalisés
Notion de boucle
Compétences :
Compétences expérimentales :
Réaliser un circuit simple avec un générateur, des fils de
connexion, un interrupteur et une lampe (ou un moteur).
Prévoir l'absence de courant en l'absence de générateur.
Connaître le vocabulaire : circuit ouvert - circuit fermé
Reconnaître et utiliser les symboles normalisés : pile, lampe, moteur,
fils de connexion, interrupteur.
Réaliser le schéma normalisé d'un montage (passage éventuel par le
dessin)
Repérer une boucle sur un schéma ou un montage
Savoir que les expériences ne doivent pas être réalisées avec le
courant du secteur pour des raisons de sécurité
Repérer une boucle sur un schéma et un montage Pour un circuit fermé
repérer (dessiner, surligner) sur un schéma la boucle formée par les
éléments du circuit pour prévoir un fonctionnement et vérifier
expérimentalement Proposition pédagogique : A inclure dès que possible dans le programme :
Le danger du secteur : à souligner, surtout pour les collègues qui
utilisent un générateur donnant une très basse tension créée à partir du
secteur 230 V.
L'explication du gain de temps réalisé en utilisant des symboles normalisés
pour schématiser les montages électriques
Des applications pratiques : expliquer la sécurité de fonctionnement d'un
appareil simple (montrer par exemple un taille-haie électrique utilisant
deux interrupteurs,...)
Méthode et matériel:
Expérience PREMIER « CONTACT »
Donner du matériel afin de construire un circuit permettant d'allumer
l'ampoule : une ampoule, une pile ronde (usagée ou non), du papier
d'aluminium.
Dessiner le circuit obtenu, comparer les dessins entre les groupes ; d'où
la nécessité d'un schéma normalisé. (annexe: symboles normalisés)
En déduire le rôle des différents éléments du circuit. Expérience avec lampe et moteur :
Matériel : alimentation électrique ou pile, interrupteurs, ampoule adaptée,
moteur électrique adapté, fils de connexion.
Matériel pratique : taille-haie, ...
Schématiser le circuit avec les symboles normalisés. Exercices d'applications : schématiser des circuits photographiés :
livres ; montages sur la paillasse (caméra) ; vidéoprojecteur (ressources
net), transparents... Document élève corrigé :
Réponses écrites en rouge CIRCUIT ELECTRIQUE SIMPLE I PREMIER « CONTACT » :
Qu'est-ce qu'un circuit électrique ?
A partir du matériel proposé, réalise un montage pour que la lampe brille.
Dessine ton expérience :
Décris ce que tu as réalisé et observé :
J'ai relié les deux cotés de la pile à la lampe avec le papier d'aluminium.
Si la pile est usée, la lampe ne brille pas. Conclusions :
Lorsque la lampe brille, on dit que le circuit électrique est fermé ; dans
ce cas, le courant électrique traverse le circuit qui est en forme de
BOUCLE.
Si la lampe est éteinte, le courant ne passe pas car le circuit est
ouvert.
Le générateur est responsable de la circulation du courant électrique. Que peux-tu dire des différents dessins produits par les élèves ?
Ils sont tous différents, pas toujours clairs et longs à faire. Que proposes-tu pour améliorer la qualité du travail ?
Il faut des symboles compris par toutes les personnes qui étudient
l'électricité.
Schématisation du montage : Autres symboles normalisés : Le moteur électrique :
Résistance électrique : L'interrupteur fermé L'interrupteur ouvert
Monté dans un circuit, il permet le passage du courant. Monté dans un
circuit, il ne permet pas
le passage du courant.
II REALISATION D'UN MONTAGE :
III LA SECURITE ELECTRIQUE : Un générateur est caractérisé par sa tension : celle d'une pile est de 1,5
volt, celle d'une batterie d'accumulateurs de voiture est de 12 V, celle
d'un générateur de collège est de 6 V ou 12 V. Ces tensions sont sans
danger.
Mais à la maison ou au collège, la tension de la prise de courant est de
230 V.
Il ne faut donc JAMAIS expérimenter sous une tension de 230 V car vous
pourriez vous ELECTROCUTER. IV UN MONTAGE QUE L'ON RENCONTRE SUR CERTAINS APPAREILS : Réalise ce montage : Quelles sont les conditions pour que le moteur fonctionne ?
Les deux interrupteurs doivent être fermés.
Trouve un appareil électrique utilisé au jardin possédant deux
interrupteurs :
Le taille-haie.
Quel est l'intérêt d'avoir deux interrupteurs sur cet appareil ?
C'est une sécurité : les deux mains de l'utilisateur tiennent
obligatoirement l'instrument lorsqu'il fonctionne : cela évite les
accidents.
Activité expérimentale 2 : Contenus-notions :
Approche de la notion de court-circuit [Citoyenneté et Sécurité : les
dangers du court-circuit] Compétences :
Connaître les dangers en cas de court-circuit d'un générateur
Repérer sur un schéma la boucle lorsque le générateur est en court-circuit Observer l'échauffement d'une pile dont les bornes sont reliées par un fil
de connexion
Observer l'incandescence de la paille de fer reliant les deux bornes d'une
pile Méthode et matériel :
Professeur :
Pile et fil de cuivre ; une seule expérience par souci d'économie. Elèves :
Générateur continu 6V- 2A ; fils de connexion, porte-fusible, fil de cuivre
très fin (tiré d'un fil électrique souple) (la laine d'acier est plus
difficile à fixer).
Fil fusible en alliage d'étain.
Rappel de l'échauffement du papier d'aluminium.
Observations et schémas.
Le porte-fusible est utilisé pour montrer le danger du court-circuit
(expérience avec le fil fin de cuivre) et la façon dont on protège le
circuit de l'expérience (avec l'alliage d'étain) Activité documentaire (réflexion sur les dangers) Sécurité :
Matériel 230 V : montrer des disjoncteurs divisionnaires, des coupe-circuit
et leur fusible adapté ; montrer leur emplacement dans une maison.
Montrer des fusibles d'automobile et indiquer leur emplacement.
Document élève corrigé :
Réponses écrites en rouge
COURT-CIRCUIT ET SECURITE ELECTRIQUE
En lisant le journal, Cédric apprend qu'une grange située dans son village
vient de brûler à cause d'un court-circuit. Que s'est-il passé ?
Les expériences ci-dessous vont essayer d'expliquer cet accident. I EXPERIENCE REALISEE PAR LE PROFESSEUR :
On veut court-circuiter le générateur ci-dessous
Schéma sans court-circuit : Schéma avec court-circuit : Observation : La pile électrique chauffe. Si on l'utilise immédiatement
pour faire briller une lampe, on s'aperçoit qu'elle ne fonctionne plus
normalement. Le court-circuit use la pile prématurément.
Définition d'un court-circuit :
Un dipôle est en court-circuit quand ses deux bornes sont reliées
directement par un objet métallique. Le courant électrique qui circule dans
la boucle est très intense et détruit le générateur. II EXPERIENCE REALISEE PAR LES ELEVES :
1) Montage :
Monter en série le générateur « 6 V », le porte-fusible sur lequel est fixé
un fil fin de cuivre, l'interrupteur, et la lampe.
Brancher tous les fils sauf un (circuit ouvert) et appeler le professeur.
Puis court-circuiter la lampe avec un objet métallique ou un fil
électrique. 2) Observations :
Le fil fin de cuivre devient rouge (il est incandescent) et il brûle. Le
court-circuit a provoqué un important dégagement de chaleur.
La lampe ne brille plus car le circuit est ouvert.
3) Schématisation :
symbole du fusible III SECURITE ELECTRIQUE :
1) Conséquences du court-circuit d'un générateur :
Si on court-circuitait par accident les deux bornes de la prise du secteur,
le courant électrique serait trop important ; l'installation électrique
pourrait être endommagée et un incendie pourrait se déclarer.
Pourquoi a-t-on utilisé le conditionnel ?
En réalité, les installations électriques (secteur 230 V, batterie de
voiture 12 V, ...) sont protégées.
Si un incendie est dû à un court-circuit, c'est souvent à cause de
l'installation électrique qui n'est plus en bon état (fils électriques dont
l'isolant est défectueux ; fusible de protection mal adapté,...)
L'échauffement peut alors enflammer des matériaux combustibles (paille,
bois,...) comme dans le cas de l'incendie de la ferme. 2) Protection du générateur contre les courts-circuits :
o On place dans le circuit un fusible placé dans un coupe-circuit : il
s'agit d'un fil à base d'alliage d'étain dont la température de fusion
est faible par rapport à celle des conducteurs ( en cuivre ). En cas de
court-circuit, le fil fusible s' échauffe et il fond (sans être
incandescent). Le circuit est alors ouvert.
o On utilise également un disjoncteur qui se déclenche automatiquement en
cas de court-circuit.
o On évite tous contacts indésirables entre les conducteurs en utilisant
des isolants (en matière plastique par exemple).
Reprendre l'expérience précédente en utilisant un fil fusib