Tension et intensité dans un montage en série
Fiche d'activités
Cette page reproduit les travaux que j'ai pu réaliser avec mes élèves de 5ème. Elles sont libres de droit et vous pouvez les utiliser comme bon vous semble. Par contre , je serai heureux, ami visiteur, si vous m'adressez un petit bonjour par mail et si vous me faîtes connaître vos commentaires et vos idées.
Problème: La tension se partage-t-elle dans le montage en série?
Activité 1: Etude expérimentale
Activité 2: Faire des parts égales
Bilan: ce qu'il faut retenir
Activité 3: Exercice d'application
Activité 4: Et l'intensité, que devient-elle dans le montage en série?
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Prétest
4 groupes d'élèves ont réalisé ce circuit dans lequel ils ont mesuré plusieurs tensions. Voici les résultats trouvés
Discussion:
Le résultat du 1er groupe permet de rappeler qu'aux bornes de l'interrupteur fermé, la tension est nulle, ce que certains se chargent très bien de faire. Par contre, pour les autres séries de résultats, la difficulté est beaucoup plus grande: les arguments des uns et des autres n'étant pas toujours convaiquants. Finalement plusieurs ne sont pas loin de changer d'avis. Le problème est facile alors à poser.
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Problème n°1: La tension est-elle partagée quand plusieurs dipôles sont montés en série?
Activité n° 1: Etude expérimentale
Travail par groupes:
- Sur le schéma ci-contre, placer les instruments pour mesurer la tension aux bornes de la pile, de l'interrupteur fermé, des deux lampes et du moteur.
- En utilisant une alimentation à tension variable, réaliser la mesure en réglant l'alimentation sur 6 volts.
- Disposer les résultats dans un tableau identique à celui du prétest.
Résultats obtenus dans une classe:
Commentaires:
- La tension aux bornes de l'interrupteur est nulle ou presque nulle.
- La somme des tensions aux bornes des trois récepteurs (dernière colonne en rouge) est voisine de la tension de la pile: la tension s'est partagée inégalement entre les récepteurs
Ceci risque de provoquer quelques demandes d'explications: L'analogie avec le circuit de chemin de fer permet de faire comprendre assez facilement que la poussée (la force développée) de la pile se répartit entre les trois obstacles (ralentisseurs) pour les franchir.
Activité n°2: Faire des parts égales
Dans certains cas, les tensions aux bornes des deux lampes sont très voisines, dans d'autres cas elles sont très différentes. Comment peut-on l'expliquer?
L'étude du protocole expérimental montre que de nombreux groupes avaient pris la peine d'utiliser pour des questions d'adaptation deux lampes de 6V. Le groupe 1 avait pris deux lampes différentes. Ceci nous a amenés à imaginer que la nature des lampes avait une importance dans le partage des tensions.
Expérience 1: Faire un montage avec trois lampes identiques en série. Puis mesurer la tension aux bornes de la pile et de chacune des lampes.
Expérience 2: Faire un montage avec trois lampes différentes en dérivation. Puis mesurer la tension aux bornes de la pile et de chacune lampe.
Noter les résultats dans un tableau.
Faire une phrase de conclusion.
Bilan: la tension se partage également entre des lampes identiques.
Ce qu'il faut retenir:
Le montage en série divise la tension entre les récepteurs.
Si les récepteurs sont identiques la tension se divise en parties égales.
Problème à résoudre:
Avec le matériel suivant: pile, une lampe, un moteur, un interrupteur, fils conducteurs, 2 voltmètres, mesurer en une seule expérience les tensions aux bornes de la pile, de la lampe et du moteur.
Travail attendu sur le cahier:
- Schéma du montage de l'expérience
- Résultats mesurés
- Calculs effectués.
Activité 4: Et l'intensité, que devient-elle?
Si la tension se partage entre les récepteurs, l'intensité fait-elle de même? Il sera prudent de redéfinir l'intensité avant de tenter une réponse. On pourra alors essayer une activité toute simple pour vérifier que l'intensité reste bien la même partout.
Travail individuel:
- Sur le schéma placer trois ampèremètres pour mesurer l'intensité en différents points du circuit.
- Faire la liste du matériel nécessaire à cette manipulation.
- Préparer un tableau de résultats.
Travail de groupe:
- Réaliser la mesure.
- Inscrire le résultat dans le tableau préparé à cet effet.
- Faire une phrase de commentaire.
Bilan:
Plusieurs dipôles montés en série sont traversés par la même intensité.