Le courant électrique : Modélisations et analogies

Documents proposés pour ce thème pour la classe de quatrième.

Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 25 Juin 2010, 15:01

On est d'accord, la formulation laisse carrément à désirer mais comme c'est un document destiné au niveau 5e, je ne voulais pas explicitement parler de tension à la base. Or tous les élèves savent qu'une pile "y a des volts dessus", mais ne savent pas forcément qu'il s'agit d'une "tension électrique" ; donc j'ai utilisé"si la pile a plus de volts" pour dire "si la pile a une tension entre ses bornes supérieure"... (d'ailleurs pour reprendre l'exemple du coureur, si on veut dire ça sans dire le mot "vitesse" on va utiliser exactement ta phrase ! ;-))

Mais est-ce pertinent d'esquiver le mot "tension" ? je me le demande...

D'ailleurs, comme je pense aussi donner ce type de document à des 4e, autant peut être en faire un seul avec carrément "tension" et "intensité" dedans...

Ou juste parler correctement de la tension du générateur.

Et sur le fond, une remarque :) ?

Je trouve que c'est très puissant comme analogie, même si ça ne concerne de façons satisfaisante que les circuits en série... C'est à ma connaissance, le seul qui explique correctement la tension entre les bornes de l'interrupteur ouvert par exemple.
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 26 Juin 2010, 10:17

Ensuite, pour leur faire visualiser ce qu'il se passe dans les circuits avec dérivations il y a l'animation en ligne proposée plus haut par exemple (avec les petits points qui bougent.
Avec dérivations, le modèle de la chaîne de vélo ne fonctionne plus, même s'il permet de prévoir qu'une lampe L1 branchée en série avec une lampe L2 va briller plus fortement si on branche une autre lampe L3 en dérivation avec L2.
On pourrait dire qu'il suffit de rajouter une nouvelle chaine avec une chaine par boucle (c'est ce que je faisais au début sans me rendre compte du problème :oops: ) mais dans ce cas, la lampe L2 devrait briller autant qu'avant (même boucle qu'avant) or ce n'est pas le cas, car l'ajout de L3 a changé la tension entre les bornes de L2, donc ce modèle ne marche plus.

Il suffit de le dire aux élèves et on passe à un autre modèle, les grains se déplacent "comme s'ils étaient accrochés" mais comme ils ne sont pas accrochés ils peuvent choisir leur chemin a un nœud. S'il y a un autre chemin, c'est plus facile qu'avec un seul chemin, donc le courant augmente dans la branche principale.

Moi j'utilise ensuite cette excellente animation interactive créée par l'université du colorado :
http://phet.colorado.edu/en/simulation/ ... ion-kit-dc
Image
On voit bien les "grains" bouger et se répartir dans les branches, quand on ferme un interrupteur on voit bien que les "grains" de la branche principale doivent aller plus vite pour aller ensuite plus doucement dans les différentes branches.


En plus on peut mettre des voltmètres et ampèremètres pour faire tester tous les courants en même temps aux élèves (ce que je ne peux pas faire, j'ai au mieux deux multimètres par groupe... :( )

Mais tout ça est plus du niveau quatrième que cinquième à mon avis.
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Boris » 27 Juin 2010, 11:02

Par rapport à la tension, j'ai des élèves de 3ème qui me disent encore "il y a plus de volts" et ça me gène un peu alors je les corrige systématiquement dès la 5ème en leur disant que l'idée est bonne mais que ce n'est pas correct ( j'ai plus de km/h quand je cours... ).
Je ne crois pas que cela pose des problème aux élèves de dire "tension", les "miens" intègrent assez vite que "les volts" = "la tension" ( ce qui ne les empêche pas de faire la faute à l'écrit et à l'oral ).
Après pour l'explication en 4ème de ce qu'est la tension, c'est une autre histoire. Mais en 5ème je n'ai jamais vu d'élève poser la question.

Sur le fond, j'aime bien cette analogie parce qu'elle permet le "ça frotte donc ça chauffe".
J'utilisais jusqu'à présent l'analogie du site pegase : http://pegase.inrp.fr/activite.php?rubr ... tivite=643 je sais pas encore comment j'aborderai tout ça les années qui suivent, il faudra que j'y réfléchisse.

En ce qui concerne les circuits comportant des dérivation, je trouve que c'est une bonne chose d'introduire très tôt le fait que les modélisations ont des limites et d'expliquer pourquoi.
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 03 Juil 2010, 06:40

Site bien fourni que je ne connaissais pas, merci !

L'analogie du site pégase est intéressante mais n'est à mon avis pas aussi efficace au point de vue prévisions que la chaine de vélo.
Leur modèle, boulangerie/supermarché est un peu tiré par les cheveux car la situation est artificielle mais la vision énergétique (avec les pains) est bien visuelle quand le circuit est fermé (bien que j'ai du mal avec une modélisation de l'énergie par de la matière concrète).
Par contre, avec un circuit ouvert, Les pains deviennent quoi ? Là on perd toute possibilité d'explication ou de prévision...
Et si on rajoute un supermarché, comment expliquer que ça ralentit les wagons ? Le lien entre la vitesse de déplacement des wagons, l'influence du supermarché, l'action de la boulangerie et les pains n'est pas du tout clair.

Je vais peut être la montrer rapidement après la chaine de vélo et ses limites pour voir une autre analogie et ses limites. ( et pour parler un peu de transformation d'énergie).


Sinon, j'avais fait à l'époque et je donnais aux élèves (carrément hors programme...) un modèle pour expliquer un peu mieux le fonctionnement d'une pile... Ce qui est bien c'est que maintenant, en classe de troisième, on a les piles à détailler et donc je trouve que c'est un bon moyen de faire le lien et de leur montrer l'amélioration de l'explication... Il faut que je le refasse proprement avec Inkscape un de ces jours.

Qu'en pensez vous ?
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Boris » 09 Juil 2010, 11:16

Merci pour le modèle, je vais le modifier un peu pour y intégrer les choses qu'ils auront déjà vues ou qui sont à voir ( mais après les vacances ;) )
Sur la modélisation du circuit, plusieurs de ces questions ont été soulevées sur leur forum http://pegase.inrp.fr/forum.php rubrique "les circuits électriques"
Pour le circuit ouvert, cela ne me pose pas problème que les pains restent dans le circuit sans qu'il n'y ai de transfert puisque les wagons sont arrêtés.
Cela dit, je trouve aussi que c'est une modélisation un peu compliquée, la compréhension n'est pas immédiate pour beaucoup d'élèves et il faut souvent revenir dessus.
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 31 Jan 2011, 08:49

Je me rends, compte, vu que je fais des TP de terminale en ce moment, que les élèves retiennent bien peu de choses des circuits... :shock:

Intensité et tension sont vidés de toute compréhension (cause, conséquence, relation etc.) et ils sont en moyenne incapables de prévoir le fonctionnement d'un circuit simple. Donc je pense qu'il faut plus insister sur les analogies en collège. C'est souvent seulement ce qui reste plus tard, les analogies...
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 01 Fév 2011, 13:00

Voilà la dernière version de mon document sur l'analogie avec la chaine de vélo. J'ai intégré la remarque de briséis et j'ai fait les exemples à découper et à remettre dans l'ordre en page 3.

Dites moi ce que vous en pensez et s'il y a des fautes d'orthographe ou de frappe car sous Inkscape j'ai pas encore la correction orthographique.

EDIT : correction de quelques détails et intégration de la licence CC.
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Aranel53 » 15 Fév 2011, 14:00

Concernant ce sujet qui commence à être bien fourni, n'aurait-il pas mieux sa place dans une section plus générale ? histoire de parler des modèles utilisables aux autres niveaux ?

Ou alors, on fait un sujet par niveau. Qu'en pensez vous ?
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede sue29 » 12 Juil 2011, 10:01

Je viens de regarder les différents modèles proposés : celui de la chaîne de vélo me semble le plus proche de ce qui se produit réellement. Il n'y a pas l'idée de perte de courant lors d'une traversée de récepteur (contrairement aux petits personnages, ...).

Une petite remarque sur ton dernier doc, Aranel : le fait de "clouer" une partie de la chaîne pour modéliser les isolants me semble très bonne mais pour le cas d'un interrupteur ouvert, ne faudrait-il pas schématiser une "cassure" de chaîne très similaire à ce que l'élève voit quand il regarde un interrupteur ouvert ?
Ça ferait encore un autre cas sur ta feuille déjà bien complète ...
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Re: Le courant électrique : Modélisations et analogies

Messagede Spilou » 07 Oct 2016, 15:21

Bonjour,
Un sujet récent m'a fait réagir et j'ai un tout petit peu creusé le sujet que, comme beaucoup :oops: je ne maîtrisais pas totalement, je l'avoue.

Pour rebondir sur ces notions de modélisation du courant et des analogies possibles, il est intéressant de se pencher sur les sources documentaires et historiques:
- Pourquoi parle-t-on de "courant"?
- Pourquoi un "pôle +" et un "pôle -"?
- Pourquoi parle-t-on de "résistance"?
- Pourquoi dit-on sens "conventionnel" du courant?

Autant de questions posées par nos élèves et qu'il nous arrive quelque fois d'évacuer rapidement en déclarant:
- "qu'il fallait choisir arbitrairement", ou
- "que dans la pile de Volta, la plaque du dessus est supposée laisser couler le courant électrique vers la plaque du bas" (p59 -33 du pdf est intéressante à ce propos..)
C'est oublier la contribution de Franklin qui choisit implicitement le terme + et - en ce qu'ils représentent un excès et un défaut "d'électricité" obtenus par frottement d'objets "vitreux" et "résineux", avant celle d'Ampère, décisive dans cette "convention".

La lecture de ce document est très instructive, et je vous la conseille (voir p 15 à 18 du pdf, notamment)
http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/agora/IMG/pdf/Dufay.00.article_BUP.pdf
ainsi que la transcription du document de Volta:
http://rstl.royalsocietypublishing.org/content/90/403.full.pdf+html

Ainsi, je suis partie prenante de "raconter" l'histoire telle qu'elle a été et non telle qu'elle nous est parvenue indirectement sous forme de "décision arbitraire, pour choisir une fois pour toute" comme je l'ai entendu dire et répéter au cours de ma scolarité d'élève et d'étudiant.
Cette approche historique éclairante vaut, à mon avis, toutes les analogies, pertinentes ou moins, dont on se sert habituellement (moi le premier).
Certes, cela nécessite un peu de temps, mais (et la réforme au moins sur ce point nous le permet ;) ) cela est tellement passionnant et les élèvent adorent tous quand on leur raconte des histoires, alors autant en profiter pour les raconter correctement.

Moi, élève, c'était les moments que je préférait quand mon ou ma prof, quasi possédé(e), nous racontait, la larme à l'oeil, l'Histoire de ces héros de la science, Kepler, Galilée, Newton, Volta, Galvani, Ampère et les autres. Bien-sûr, cela ne faisait pas avancer le programme, mais ce sont ces profs là qui m'ont donnés cette passion de la sciences et l'envie de la faire découvrir.
Que ne nous en inspirons pas suffisamment? Je me souviens de ces digressions fabuleuses où, pour une fois, personne de mouftait, et tous écoutions, dans un silence émouvant... conclu par la sonnerie et par un "Exercices 15 à 22 p 154, pour la prochaine fois! Et sur copie!" Nostalgie :)

Bonne lecture et bon WE :)
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