Mini-stage électricité

De Wikidebrouillard.

Sommaire

A la découverte des bases de l'électricité

Découvrir l'électricité en s'amusant, c'est possible. Cet article propose une trame afin d'explorer plusieurs angles de l'électricité.

Cette trame vient d'un mini-stage sur l'électricité (sur 3 jours, 3H par jour) mais peut être adaptée...

Analyse didactique et épistémologique

Concepts scientifiques et techniques en jeu :

  • Mise en circuit des éléments électriques (en parallèle/en série)
  • Effets du courant électrique (effet Joule)
  • Conductivité des matériaux
  • Nature du courant

L'électricité est une forme d'énergie. L'énergie c'est quelque chose qui soit transforme la matière, soit génère une force. L'électricité est utilisée pour :

  • éclairer
  • chauffer
  • générer un mouvement (moteur électrique).
  • calculer (faire fonctionner de l'électronique en général).
  • Usage industriel (four à induction, électrolyses, laser, IRM, champs magnétiques, accélérateurs de particules,...)
  • Comment fonctionnent les appareils électroniques qui nous entourent ?

Représentations historiques et actuelles : (devrait être complété après chaque animation)

représentation erronée Rectification
Tous les matériaux sont isolants Seules les matières dont les atomes ont des électrons qui peuvent se détacher facilement conduisent l'électricité. C'est le cas des métaux, du graphite, etc...
Les éclairs et l'électricité sont de nature différente Un éclair est une décharge d'électricité statique.
Une pile électrique, c'est très chimique ! Il suffit d'utiliser des pièces de 5 centimes d'euro, des rondelles de bricolage, un peu de carton et de vinaigre, et nous voilà sur les traces de Volta !! voir la balade thématique créons des piles
Electricité et magnétisme n'ont rien à voir. Electricité et magnétisme sont liés : un courant qui circule dans un fil génère un champ magnétique, un champ magnétique qui fluctue génère un courant dans un fil.
Il suffit de relier une pile à une ampoule par un fil pour que l'ampoule s'allume. L'ampoule de s'allume que si l'électricité passe à travers et que le circuit est dit fermé : le courant circule depuis la pile et revient à la pile. C'est la notion de circuit électrique.


Ce tableau devrait être complété après chaque animation


Notions pré-requises :

  • aucune

Propositions de séances

Contenu de la séance 1 : Mise en circuit des éléments électriques (en parallèle/en série) et effet du courant (effet Joule)

Âge des participants et niveau scolaire : 6/14 ans

Nombre de participants par animateur : 12

Objectifs pédagogiques (savoir, savoir-faire et savoir être) : Découvrir l'électricité en faisant un circuit qu'on complexifiera au fur et à mesure.

Déroulement de la séance 1

Introduction :

On va partir de ce que les enfants pensent de l'électricité :

  • Qu'est-ce que l'électricité ? Qu'est-ce qui la compose ?
  • Comment ça fonctionne ?
  • Quels sont ses effets ?
  • ...

On amène ainsi les enfants à se questionner. Pour y répondre, on va réaliser un circuit. Pour se faire, on racontera une petite histoire : ce week-end, j'ai construit mon abri de jardin. Et j'aimerais avoir de la lumière dedans... Mais je suis pas électricien, alors j'ai besoin de vous...

Déroulement

Cette séance ne comprend qu'un seul thème : l'utilisation de l'électricité. L'animation étant pour certains participants assez compliquée, on amènera les enfants à s'entraider. Son déroulement est décrit dans la fiche animation.


Description de l'activité : Au fur et à mesure que l'histoire avance, on ajoute des composants, complexifiant le circuit à chaque étape.

Lien vers la ou les manip' : Base_de_l'électricité / Circuit_en_parallèle/en_série

Type de mise en scène : Défi basé sur une histoire.

Dynamique de groupe : Individuels mais cela peut varier, bien que l'idée soit que chaque enfant essaye et expérimente.

Observation et explication

Dans un premier temps, il s'agit de concevoir un circuit et de le faire fonctionner comme on le demande. Par ce biais, on voit le principe de circuit en série (les interrupteurs), de circuits en parallèle (les ampoules/LED). Une fois le circuit fermé, le courant passe dans les différents composants : quand on ouvre un interrupteur, le courant ne passe plus.

Conclusion de la séance

A la fin de la séance, on prendra un petit moment afin que chaque enfant redessine (à la main) le circuit qu'ils ont réalisé. On pourra à cette occasion leur donner les différentes représentations des éléments constituant un circuit électrique. On pourra ensuite regarder les différentes visions/dessins et essayer, ensemble, de voir comment on dessine le circuit, si un dessin ne correspond pas à ce circuit, à quel circuit il correspond… Une fois le circuit expliqué, dessiné… On amènera les enfants à se questionner sur la production d'électricité : c'est le thème de la 2e séance.

Application dans la vie quotidienne ou dans la nature

La mise en scène de la manip' permet de faire le lien avec le quotidien.

Bilan de la Séance

Le principe de recherche du circuit fonctionne très bien chez les enfants : ils cherchent et testent différentes solutions. Cependant, il faut faire attention à ce que ça reste bon enfant : que ceux qui ont plus de mal à comprendre ne soient pas mis à l'écart, ni l'objet de moqueries.

Rangement participatif

Le fait de démonter le circuit constitue la fin de la séance : on voit que si on débranche, le courant ne passe plus...

Commentaire pédagogique et précaution

Attention au court-circuit !

Propositions de séances

Contenu de la séance 2 : Conductivité des matériaux et nature du courant (création)

Âge des participants et niveau scolaire : 6/14 ans

Nombre de participants par animateur : 12

Objectifs pédagogiques (savoir, savoir-faire et savoir être) : Découvrir l'électricité en la produisant par différents moyens et réaliser un circuit électrique en réduisant le nombre de fils

Déroulement de la séance 2

Introduction :

On présentera les différents ateliers en expliquant qu'on remplace la pile utilisée lors de la séance 1 par différents systèmes, ou les fils par des matériaux conducteurs. On commence par demander aux enfants de citer ce qu'ils connaissent comme matériaux conducteurs et/ou comme procédés pour fabriquer des piles.

Déroulement

On fera plusieurs ateliers : chaque atelier amènera une façon de créer une pile/de conduire le courant. On composera plusieurs groupes qui changeront d'atelier au bout d'un temps donné.


Description de l'activité : Chaque groupe réalise les expériences en même temps. Une fois que le temps est écoulé, chaque groupe change d'atelier. Si un groupe n'arrive pas à finir à temps, l'animateur pourra soit leur donner la solution soit attendre que tout le monde ait essayé pour demander à un groupe ayant réussi d'expliquer.

Lien vers la ou les manip' :

Type de mise en scène : On divisera le lieu d'animation en le nombre d'ateliers en donnant le matériel nécessaire (et pourquoi pas des pièges?)

Dynamique de groupe : Par petits groupes.

Observation et explication

On observe dans le cas des piles (la plupart du temps) que le cuivre devient gris alors que le zinc disparait petit à petit. C'est lié à ce qu'on appelle une réaction d'oxydo-réduction. Le citron contient des éléments appelés des "ions" (prenons-en un symbolisé ici par la lettre A).

Dans le circuit, le zinc cède des électrons qui vont être captés par A. Le résultat de cette perte va alors se déposer sur la plaque de cuivre. A cause de cette perte d'électrons, petit à petit le zinc (métal) va perdre de sa matière sous forme d'ions qui vont se déposer sur le cuivre (le rendant terne) et faisant peu à peu disparaître la plaque de zinc. Cette réaction continue tant que l'ion A est présent dans le citron. Ce passage d'électrons produit le courant de la pile.

Pour ce qui est des expériences "pâtes squishy" et "conductivité", tout repose sur les ajouts de sel dans les expériences. En effet, on voit que l'eau déminéralisée ne conduit pas le courant : c'est la présence des minéraux qui le permet. Donc sans le sel, la pâte squishy ne conduit pas le courant : la farine n'est pas conductrice. L'ajout de sel dans la pâte permet d'ajouter des ions à l'eau. Ces ions ne sont pas électriquement neutres : ils permettent au courant de passer.

Conclusion de la séance

On peut conclure la séance en mélangeant les piles et les fils de différentes natures afin de créer un super circuit capable d'alimenter plus de leds, de moteurs… Puis on demandera aux enfants de citer les différentes sources d'énergie, si (comme c'était le cas), on a pas d'expérience sur l'énergie solaire, on évoquera le sujet.

Application dans la vie quotidienne ou dans la nature

Cette série d'expériences permet d'expliquer la conductivité, de voir que l'eau ne conduit le courant électrique que si elle contient certains élément minéraux. Ces observations peuvent par exemple, permettre de briser des « on dit ». Au niveau des liens avec la vie quotidienne, on voit le fonctionnement des piles mais aussi leur histoire : comment elles ont été créées à l'origine.

Bilan de la Séance

Rangement participatif

A nouveau, le rangement fait partie de la séance : ça peut être l'occasion de mélanger les expériences en remplaçant une pomme de terre par un citron, ou encore un fil par de l'eau salée, et de créer une super circuit reprenant tous les ateliers.

Commentaire pédagogique et précaution

Développer l'esprit d'équipe et la collaboration, pas la concurrence !

Propositions de séances

Contenu de la séance 3 : Mise en circuit des éléments électriques (en parallèle/en série) et effets du courant électrique (effet Joule)

Âge des participants et niveau scolaire : 10/14 ans

Nombre de participants : 10

Objectifs pédagogiques (savoir, savoir-faire et savoir être) : Mettre en œuvre dans un cas concret ce qui a été appris lors des 2 séances précédentes.

Déroulement de la séance 3

introduction :

Afin de terminer le mini-stage, on réalisera un objet de la vie de tous les jours afin de concrétiser les connaissances vues.

déroulement

Le but est de créer une lampe de poche : savoir relier les câbles, créer un interrupteur...


Description de l'activité : On mettra le matériel à disposition des enfants et on leur demandera comment on peut réaliser une lampe de poche avec tout ça. Le but est de leur faire trouver la façon (ou une façon de faire) afin que chacun puisse tester et expérimenter, voire repartir avec une lampe au fonctionnement unique.

Lien vers la ou les manip' : Lampe_de_poche

Type de mise en scène : Chaque enfant est invité à proposer, essayer et partager ses idées avec le reste du groupe, comme un brainstorming.

Dynamique de groupe : Individuel pour la recherche, groupe entier pour la réflexion

Observation et explication

Ce que l'on constate, c'est déjà que l'on peut créer une lampe en poche avec peu : on peut fabriquer l'interrupteur avec 2 trombones, les pinces crocos avec des trombones également, le corps de la lampe avec un rouleau de papier toilette vide, ... De plus, une fois que l'on ferme le circuit et que les composants sont bien reliés, la lampe s'allume : l'effet Joule produit de la lumière en consommant le fil interne de l'ampoule. C'est le même principe qui fait chauffer et rougir la graphite quand elle est reliée électriquement...

Conclusion de la séance

Pourquoi ne pas essayer de trouver un autre système d'alimentation que les piles du commerce ? Panneau solaire, piles diverses… Tout en réfléchissant à l'aspect réaliste et pratique de chaque système, et en discutant tous ensemble. Si c'est faisable, pourquoi ne pas conclure par un cache-cache dans le noir grâce aux lampes de poche ?

Application dans la vie quotidienne ou dans la nature

Créer un objet courant permet de faire le lien avec la vie de tous les jours : cela donne du sens aux 2 jours précédents en amenant un cas plus concret aux enfants.

Bilan de la Séance

Bilan positif : les enfants font plusieurs tests de lampes, cherchent à innover pour avoir un modèle unique… Il faut juste faire attention qu'un d'entre eux ne fasse pas fausse route, au risque de ne pas finir à temps...

Commentaire pédagogique et précaution

Attention à ce que chaque enfant arrive à fabriquer au moins une lampe : si sa proposition de lampe ne fonctionne pas, lui conseiller autre chose.

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