Le courant électrique : Modélisations et analogies

Documents proposés pour ce thème pour la classe de quatrième.

Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede ppgaza » 23 Mar 2021, 19:49

Aranel53 a écrit:Avec un bémol quant à la représentation de la pile... car autant pour la chaine de vélo ça marche le coup du pédalier, autant faudrait améliorer pour la pile car ce n'est vraiment pas ainsi que ça fonctionne...

J'avais au début mis l'engrenage en espérant trouver mieux. Et en fait j'ai trouvé ça pas mal (en vrai j'ai pas trouvé de truc visuel qui soit moins faux :P ). Cela met bien en évidence le fait que la pile « pousse » tout le temps, y compris quand le courant est nul. Et puis c'est intéressant pour parler des limites du modèle. Je leur demande s'il pense qu'il y a un engrenage dans la pile ? Et je leur demande alors pourquoi je représente la pile ainsi. Ils arrivent aussi à comprendre que lorsque la pile s'use c'est que « ce truc qui pousse » n'a plus d'énergie pour pousser les électrons : les électrons ne se consomment pas.
En évoquant les limites du modèle on parle de la taille et de la couleur des électrons, et il y a presque toujours un élève pour me dire « en vrai les électrons vont beaucoup plus vite que dans l'animation », et la c'est génial : on peut parler du fait que les électrons sont déjà dans la matière et on peut leur faire comprendre la différence entre la vitesse du signal et du déplacement des électrons.

À vrai dire j'aurai cru Aranel que tu allais tiquer sur le sens de déplacement des électrons. Pour le coup c'est aussi carrément faux (surtout si on parle d'électrons), mais je passe volontairement cela sous silence pour ne pas les embrouiller. Je suis désolé pour les profs de lycée qui enseigneront les réactions redox :? Les fois où j'ai voulu expliquer cette histoire de sens conventionnel et de sens des électrons j'ai perdu les 3/4 de mes élèves.
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 24 Mar 2021, 18:01

ppgaza a écrit: Les fois où j'ai voulu expliquer cette histoire de sens conventionnel et de sens des électrons j'ai perdu les 3/4 de mes élèves.

Oui je suis d'accord, pour le faire "proprement" on n'a pas le temps en 5e ou 4e et c'est incompréhensible. Et à part dire "c'est comme ça"... :?

Par contre, j'ai trouvé une manière de l'aborder "presque" correctement en 3e. Mais dans l'ancien programme quand j'arrivais à aller jusqu'aux piles électrochimiques...

Dans la matière matière, je fais les atomes, puis les ions, puis les solides ioniques et leur solubilité ce qui permet d'amener les tests de détection de façon logique. Puis une fois qu'on a bien en tête les notions de substance ioniques, de solution, de dissolution, de dispersion des ions, de présence d'ions même dans l'eau pure etc. on revient sur l'élec. Et là on fait la conduction, et on reprend le truc de 5e sur isolant conducteur et on arrive à "le courant c'est un déplacement global de charges électriques dans la boucle". On prend les métaux, on arrive à "ce sont les électrons et pas les noyaux qui se déplacent car les fils ne bougent pas". Et là, certains tiquent sur le sens, borne + attire les électrons et borne - les repousse... bizarre cette histoire, le sens est "faux" ?

Et ensuite on prend l'eau comme exemple, ça marche pas (depuis la 6e ils espèrent que l'eau soit visiblement conductrice ! ;) ) et là je les fais chercher, et ils trouvent que si on veut bouger des charges, ça serait pas mal de mettre du sel. Ils testent le sel tout seul et déception c'est isolant... Mais certains trouvent l'idée de on rajouter le sel dans l'eau pour séparer les ions, la lampe brille de plus en plus : ils sont contents. Bon. Youpi.

Mais du coup, le courant va dans quel sens dans l'eau salée ? Petit schéma. Ils voient bien qu'il y a deux déplacements, un vers la borne + (les ions chlorure), et vers la borne - (les ions sodium). Mais alors il y a deux courants ? bein oui mais alors... pourtant on sait que le courant est le même dans la boucle. Ah. Et là je sors que le "courant" est en fait "ce qui serait effectivement en train de se déplacer si toutes les charges étaient positives, car une charge - dans un sens, a le même effet physique qu'une charge + qui va dans l'autre sens". Donc on additionne tout pour ne pas avoir à regarder précisément ce qui bouge. Mais dans les métaux c'est seulement les électrons négatifs qui se déplacent... oui, certes, mais c'est pas le seul cas qui existe et le "courant" a été défini pour tous les cas possibles, donc c'est pas bien grave.

Ils trouvent logique qu'à choisir on prenne les positifs comme référence et pas les négatifs si ils ont vu le double déplacement dans les solutions ioniques. Mais sinon, ça passe pas. et c'est logique ! ((et après si j'ai le temps je leur explique qu'à l'époque on pensait que le double courant était toujours présent même dans les métaux et qu'on a fait la définition du "courant" pour simplifier, sans savoir que les porteurs de charges des métaux étaient seulement négatifs.))
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede xavier29 » 25 Mar 2021, 09:45

Sans l'exiger à l'évaluation, en 3e j'explique ce qu'il se passe au niveau des électrodes, sinon il manque quelque chose : "que deviennent les électrons quand ils arrivent à l'électrode connectée à la borne + ?".
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede ppgaza » 25 Mar 2021, 10:25

Merci Aranel pour cette proposition de discussion pédagogique. J'aime bien les idées de les amener eux-même à découvrir le problème. J'en viens presque à regretter de ne plus enseigner les piles en 3e ;)
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 25 Mar 2021, 18:48

xavier29 a écrit:Sans l'exiger à l'évaluation, en 3e j'explique ce qu'il se passe au niveau des électrodes, sinon il manque quelque chose : "que deviennent les électrons quand ils arrivent à l'électrode connectée à la borne + ?".

Oui carrément, à peu près tous les élèves qui suivent froncent un sourcil... pas tous posent la question, mais on regarde les bulles et en effet, il se passe des trucs aux électrodes. Mais bon, d'habitude quand j'en étais là, juste après on arrivait à faire briller notre lampe avec la pile Daniell en papier, on entendait les cigales par la fenêtre et j'avais 8 élèves... :mrgreen:

Mais arriver jusque là, ça rend vraiment cohérent (presque) tout le programme. On a tout là dedans: courant dans une boucle fermée, conducteur, isolant, tension, intensité, réaction chimique, ions, électrons, énergie, transfert... :soupir:
Cette année, avec mes élèves si j'arrive péniblement à p=mg comme but ultime, ce serait chouette. :oops: bon j'exagère un petit peu...

ppgaza a écrit:Merci Aranel pour cette proposition de discussion pédagogique. J'aime bien les idées de les amener eux-même à découvrir le problème. J'en viens presque à regretter de ne plus enseigner les piles en 3e ;)

C'était une partie que j'aimais beaucoup. Et on avait acheté des petits lampes E10 de 1V qui s'allument avec les piles Daniell, cela emplit les élèves de joie, après toutes les tentatives infructueuses successives ! :mrgreen:
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