Electricité en cycle 3

SÉANCE 5 : circuits séries et dérivés
Auteurs : Jean-louis Alayrac(plus d'infos)
Résumé :
Activités autour des notions de circuit en série et/ou en dérivation.
Publication : 10 Mars 2014
Objectif :
• Savoir réaliser un circuit série et en dérivation • Savoir reconnaître les intérêts et limites de ces deux types de circuit • Savoir reconnaître un circuit série et en dérivation à partir d’un schéma ou d’une photo. • Savoir utiliser l’outil schéma pour prévoir un montage. • Savoir repérer l’adéquation entre montage et schéma et inversement. • Savoir modifier/ada pter son projet pour relever un défi proposé
Matériel :
  • 8 piles plates
  • 35 ampoules (10 rouges si possible)
  • 35 douilles
  • 10 interrupteurs
  • 65 câbles de liaison (ou bien fils électriques dénudés +pince coupante + pince à dénuder)
  • 8 cartons maisonnettes

DEROULEMENT

1. Situation de départ

L'enseignant peut s'appuyer sur les différentes réponses proposées dans le questionnaire "question 3" pour montrer qu'il y a des désaccords donc une série d'expériences sur ce sujet est nécessaire.
 
Situation de départ : Le maître montre un carton type carton de feuille A4 pour photocopieur assemblé avec des attaches parisienne. Voici “votre maisonnette” , vous devez installer l’électricité de
manière à pouvoir commander à l'éclairage des wc avec une ampoule témoin (voyant lumineux) dans la chambre qui indique s'il y a la lumière dans les wc. S'il n'y a pas d'ampoule dans les wc, le témoin lumineux ne s'allume pas .
Astuces : Pour fixer les douilles utilisation possible d’attaches parisiennes

2. Anticipation - Plan d’organisation

Faire avec les élèves un plan de travail pour résoudre ce défi.
Exemple : Titre / Défi / Ce que je pense faire*/Matéri el/ Résultats**/ Ce que je peux dire (de ce circuit).
  • Proposer aux élèves de faire abstraction de la maisonnette, faire comme s’ils dessinaient un circuit classique.
  • Un élève du groupe ou binôme est chargé de récupérer le matériel après avoir schématisé et listé. L’enseignant donne le matériel à cette condition.

3. Préparation et expériences

Pendant ce temps l’enseignant peut questionner les groupes sur les choix effectués lorsque les groupes dessinent. Pourquoi avez-vous dessiné un circuit comme ceci ? Comment cela va fonctionner?
Si pendant l’expérience les élèves font évoluer le circuit, inciter les élèves à mettre à jour leur cahier d’expériences.
 
Une fois l'expérience terminée, les élèves notent ce qu'ils ont compris, ce qu'ils ont remarqué, puis chaque groupe prépare le schéma du circuit sur un A3 pour afficher au tableau.

4. Confrontation - Synthèse

L’intérêt de ce temps est de montrer aux élèves que toutes les solutions apparemment différentes reviennent à un seul et même type de circuit.
  • L’ordre pile / ampoule a / interrupteur / Ampoule b ... ne change rien
  • Amener les élèves à repérer les invariants. (Exemple : une seule boucle, reliant 2 objets électriques comme une ampoule, un moteur, un buzzer...)
  • Nommer le circuit : circuit série.

5. Situation n°2 : Défi proposé aux élèves

Défi : Toujours à partir du même support carton, vous devez installer l’électricité de manière à pouvoir commander 2 ampoules située dans à la salle à manger. Lorsque une ampoule est dévissée,
l’autre ampoule reste allumée. ('L'enseignant peut montrer un exemple avec un modèle qu’il aura préparé, mais il faut penser à cacher le câblage...)
 
Même déroulement que pour l'étape précédente circuit série.

6. Préparation et expériences

Erreurs les plus courantes:

2 boucles différentes

Les élèves font une dérivation sur l’interrupteur . Lorsqu’il est ouvert le circuit est un circuit série, par contre lorsque l’interrupteur est fermé, le courant électrique lorsqu’il a le “choix” entre 2 boucles non équivalentes , circule dans la boucle où il y a le moins “d’obstacle”. Dans ce cas le courant ne va pas dans la boucle du haut, car passé la première ampoule, il y en a une seconde, il “choisit” donc la boucle avec une seule ampoule.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2 boucles indépendantes

Si l'on dévisse une ampoule, l’autre continue d’éclairer, mais l’interrupteur,
ne commande qu’une ampoule...

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8. Confrontation - Synthèse

L’intérêt de ce temps est de montrer aux élèves que toutes les solutions apparemment différentes reviennent à un seul et même type de circuit.
Amener les élèves à repérer les invariants et suivre le chemin du courant pour comprendre si deux circuits apparemment différents sont équivalents.
Exemple : Ces 3 circuits sont équivalents car ils ont tous 2 boucles équivalentes,
le courant rencontre les mêmes obstacles, dans l’une ou l’autre des boucles.
Pour aider les élèves, il est possible de
suivre le trajet du courant et noter les obstacles rencontrés dans chaque boucle.
Connaissanc e : ce type de circuit s’appelle
circuit en dérivation, il présente des avantages, un appareil peut-être débranché dans une boucle l’autre boucle
fonctionne. Les ampoules éclairent aussi fort que lorsque le circuit est simple.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

9. Entraînement

  • Proposer aux élèves un schéma de guirlande électrique en série, avec le circuit en forme de sapin, et une huitaine d’ampoules.
  • Demander aux élèves de travailler d’abord avec le schéma pour répondre aux consignes, puis de vérifier par l’expérience. (voir Doc1)
  • Proposer aux élèves des photographie s de circuits, ils doivent reconnaître tout d’abord s’il s’agit d’un circuit, puis si c’est un circuit série ou dérivation, enfin ils doivent schématiser les circuits dérivation.
  • Tracer un circuit répondant à un cahier des charges précis puis vérifier avec le matériel.
Exemple :
  •  Concevoir un circuit électrique permettant de commander en même temps l’allumage d’unmoteur et d’une ampoule. Si l’ampoule est dévissée le moteur doit continuer de tourner. ...
  •  Même chose mais l'interupteur ne commande que le moteur .