Electricité en cycle 3

SÉANCE 4 : ISOLANT - CONDUCTEURS SÉCURITÉ
Auteurs : Jean-louis Alayrac(plus d'infos)
Résumé :
Cette activité aborde les conditions de sécurité d'un circuit électrique par le biais des notions de conducteur et isolant.
Publication : 10 Mars 2014
Objectif :
• Savoir construire un circuit ouvert afin de tester différents matériaux et pouvoir ainsi les classer comme isolant/conducteur. • Savoir que la limite isolant/conducteur dépend de la sensibilité de l’ampoule, comme de la puissance du courant qui traverse le matériau : le cas de l’eau. • Savoir classer des prises de courant selon leurs degrés de sécurité. • Savoir schématiser un circuit électrique. • Savoir organiser ces résultats en utilisant des tableaux.
Matériel :
  • 10 LED
  •  8 piles plates
  • 30 câbles de liaison
  • 8 récipients (gobelets) contenant chacun :( 1 morceau de craie - 1 morceau de papier aluminium- 1 morceau de plastique - 1 bille - 1 vis en laiton - 1 cheville plastique)
  • 1 testeur
  • 10 douilles
  • 15 ampoules
  • 30 brochures “Électricité mon amie” (gratuit sur www.promot elec.com)
  • Récupération :prises mâles / femelles, câbles de rallonge, douille laiton / plastique, interrupteur démontable en métal /non démontable en plastique

DEROULEMENT

1. Fabriquer un testeur

1.1. Mettre en situation
L’enseignant montre aux élèves un appareil “assez compliqué”, ampèremètre - voltmètre - ohmmètre ... Bref un testeur. Souvent les enfants ont déjà vu cet appareil et certains savent que cet appareil sert à mesurer “le courant”.
 
1.2. Utilisation
 
Ce qui nous intéresse dans ce contexte :
 
- Premièrement montrer aux élèves que l’appareil mesure bien le courant qui passe.
- Deuxièmement de montrer que l’appareil mesure la résistance d’un matériau, car cette notion renvoie au phénomène isolant/ conducteur. (Voir doc en fin de séance sur l'utilisation d'un testeur)
 
L'enseignant fait une démonstration en utilisant l'appareil.
 
1.3. Mise en problème
 
Cet appareil est assez difficile d’utilisation, on ne comprend pas forcément ce qui se passe à l’in-térieur, par contre on peut fabriquer un testeur beaucoup plus simple capable de nous montrer si un matériau est isolant ou conducteur. En pointant les câbles contre un matériau on doit voir si le courant passe.
 
Brouillon oral :
- Qu’est-ce qui peut ou bien quel objet peut donner un signal ? une ampoule, un moteur, ...Donc il suffit de construire un circuit avec quelque chose qui donne un signal.
- Faire formuler aux élèves le but de l’activité présentée : “Que va -t-on chercher à faire ?”
 

2. Anticipation - Expériences

2.1. Plan de travail décidé collectivement (organisation des étapes, ce que je cherche*, ce que je pense faire, matériel ...)
* Remarque : Même s’il y a eu discussion collective à ce sujet c’est intéressant de repérer (pour pouvoir recadrer) comment les élèves formulent le problème.
 
2.2. Préparation
Par groupe ou binôme, les élèves préparent le schéma d’un circuit testeur. Ils préparent la liste du matériel.
 
2.3. Expériences - résultats
Les élèves testent leur montage et le modifient si besoin. L’enseignant incite les élèves à noter
les modifications apportées sur le cahier d’expériences.
Les groupes ont une série d’objets identiques à tester (clou, papier, papier aluminium, plastique, verre d’eau, craie, cheville plastique)
Les groupes notent et organisent leurs résultats, souvent ils testent en plus des objets présents sur leur table.
 

3. Synthèse

Arriver à comprendre ce qu’est un circuit testeur (ouvert) en comparant les productions pour une généralisation.
 
3.1. Dégager un montage électrique type du testeur
 
Exemple:
3.2. Organiser les résultats : comment les noter de manière organisée et économique.
Remarque : Si les élèves n’ont pas travaillé sur l’organisation des données (mise en tableau), il est préférable de prévoir un temps spécifique pour cela.
3.3. Quelles connaissan ces / isolant -conducteur ?
D’après les résultats trouvés les élèves déduisent en général que les plastiques sont des isolants, les métaux sont des conducteurs, et que l’eau est un isolant ...
 
Remarque : Les résultats cités ci-dessus sont incorrects notamment pour l’eau, il convient donc en notant ces résultats d’être prudent sur la formulation en faisant remarquer aux élèves qu’il s’agit des  résultats de la classe. (Exemple : Dans la classe après expérience voir schéma ... nous trouvons que ... etc.)
Remarque : Il s’agit d’une loi partielle qui a un domaine de validité très petit, en cycle 3 il est intéressant d’élargir ce domaine pour voir que ce n’est pas si simple.
Un point fondamental en tout cas à ne pas laisser en l’état, c’est l’erreur “l’eau est isolante” à cause des problèmes de sécurité qui en découlent.

4. Le problème de l’eau :

- Amener les élèves à revoir les premiers résultats expérimentau x en ce qui concerne l’eau.
 
4.1. Lecture d’une brochure PROMOTELEC “L'électricité et nous”
Proposer aux élèves de lire les pages 12 - 13. Dans la brochure on présente les dangers l'électricité notamment si on est mouillé....
 
4.2. Réactions - débats - hypothèses
- Commentaires ? Y a t- une information surprenante ?
L’eau pourquoi la trouvons-nous isolante alors que dans le livre, elle est classée conductrice et donc élément dangereux ?
Les élèves formulent leur hypothèse
 
Remarque : Souvent les élèves proposent une explication valable en transposant ce qu’ils ont lu pour l’air (p11 “ Si l’air est isolant pour 4,5 Volts, il ne l’est plus quand ...”). L’expérience pour
vérifier serait donc d’augmenter la puissance de la pile pour trouver le seuil. Mais cela deviendrait dangereux !!! Seuil pour le danger 24 Volts). D’où la proposition 4.3.
 
4.3. Une expérience à interpréter - Travail de groupe
Les élèves reçoivent un protocole d’expérience "tout prêt" à mettre en oeuvre, leur travail consistera à noter les résultats et à dégager une conclusion.
 
4.4. Synthèse - Formuler ses résultats et expliquer leur signification .
Les élèves confrontent leurs résultats, et dégagent une explication. L’eau n’est pas un bon conducteur pour un courant électrique faible, mais c’est un conducteur et non un isolant, car une LED s’allume, alors qu’elle ne s’allume pas avec un morceau de plastique.
IMPORTANT de reprendre le cahier d’expériences et de corriger la trace collective précédente Exemple : (ERRATUM) en précisant que l’eau est un conducteur , il faut donc être prudent
lorsqu’on est mouillé.

PROLONGE MENTS

5. Situation de tri proposée par l’enseignant

Proposer aux élèves une activité de tri de matériel, les élèves reçoivent un ensemble d’objets électriques (fils, prises, douilles, interrupteurs ...)
Vous allez trier ces différents objets selon leur niveau de danger.
Vous devez aussi dire pourquoi ils sont ou ne sont pas dangereux.
 

6. Recherche : Se mettre d’accord et trier

Selon le nombre d'objets récupérés, ce travail peut être mené en groupe ou collectivement
Les élèves trient et argumentent puis notent les résultats, les pièces sont numérotées pour permettre un repérage et un traitement rapide de l’information .

7. Synthèse et confrontation

Se mettre d’accord sur des critères pour classer.
L’intérêt de ce temps est d’arriver à un compromis pour classer, en définissant par exemple 3 catégories, les très dangereux (aucun critère) - les moyennement dangereux (un des critères) -
les sûrs (tous les critères)
 

En complément :

  • Ouvrir un espace récupératio n d’objets électriques et noter leur niveau de dangerosité.
  • Travail personnel : Lire la brochure et rechercher à la maison les zones de danger.
  • Articulation avec un travail sur la pratique de la langue.
  • En fonction de l’organisation de la classe l’enseignant peut prévoir un travail d’écrit qui va consister à demander aux élèves de regrouper et organiser les données entre ce qui est dangereux face à ce qu’il faut faire.
  • Compétence / Écrire : rédiger un texte pour communiqu er des connaissances.
  • Fiche pour l'enseignant: utiliser un testeur