ETINC - Manuel de L'éleve - 1AC - PC PDF [PDF]

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PARCOURS INTERNATIONAL COLLÉGIAL - OPTION FRANÇAIS

PROGRAMME MAROCAIN

Etincelle

Étincelle

PHYSIQUE

CHIMIE 1AC e

Manuel de l’élève

Physique Chimie

1

e

Une Collection résolument tournée vers les élèves.

TICEw

Les enrichissements numériques !

1

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PHYSIQUE

CHIMIE 1AC e

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SVT1 Manuel de l’élève

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Sciences de la Vie et de la Terre

1AC

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MATHS Manuel de l’élève

Dans la même collection : PC : 2AC - 3AC SVT : 2AC - 3AC MATHS : 2AC - 3AC

29,90 DHS

Prix de Vente Public

, Maârif - Casablanca - Maroc

TABLE DES MATIÈRES

1

PARTIE

LA MATIÈRE ET L’ENVIRONNEMENT

Chapitre 1 : L’eau ........................................................................11

Activité documentaire [2] : Interprétation des états physique de la

Activité documentaire [1] : Les réservoirs naturels de l’eau ............. 12

matière en utilisant le modèle particulaire......................................... 49

Activité documentaire [2] : Le cycle de l’eau................................... 13

L’essentiel du cours......................................................................... 50

Activité documentaire [3] : Les domaines d’utilisation de l’eau........ 14

Exercices ........................................................................................ 51

L’essentiel du cours......................................................................... 15 Exercices ........................................................................................ 16

Chapitre 6 : Les transformations physiques de la matière..55 Activité expérimentale [1] : Repérage de la température ............... 56

Chapitre 2 : Les trois états de la matière ...............................21

Activité expérimentale [2] : Les transformations physiques de l’eau .57

Activité expérimentale [1] : Les proprietés caractéristiques des états

Démarche d’investigation Le volume et la masse de l’eau varient-ils

solides et liquides............................................................................. 22

lors de sa solidification ?................................................................... 58

Activité expérimentale [2] : Les propriètés physiques de l’état

L’essentiel du cours......................................................................... 59

gazeux....................................................................................... 23

Exercices ........................................................................................ 60

L’essentiel du cours......................................................................... 24 Exercices ........................................................................................ 25

Fiche de remédiation...................................................................... 64

Chapitre 7 : Les mélanges.........................................................65

Chapitre 3 : Le volume, masse et masse volumique ............29

Activité expérimentale [1] : Types de mélanges.............................. 66

Activité expérimentale [1] : Détermination de la masse volumique

Activité expérimentale [2] : La dissolution d’un solide dans l’eau ... 67

d’une substance............................................................................... 30

Démarche d’investigation Quelle est la masse d’une solution ?....... 68

Démarche d’investigation Des matériaux de même volume ont-ils

L’essentiel du cours......................................................................... 69

la même masse ?.............................................................................. 31

Exercices ........................................................................................ 70

L’essentiel du cours......................................................................... 32 Exercices ........................................................................................ 33 Fiche de remédiation...................................................................... 37

Chapitre 4 : La notion de pression et de pression atmosphérique............................................................................. 39 Activité expérimentale [1] : Notion de pression et mesure de la pression d’un gaz........................................................................... 40 Activité expérimentale [2] : Pression atmosphérique ...................... 41 L’essentiel du cours......................................................................... 42 Exercices ........................................................................................ 43

Chapitre 5 : Le modèle particulaire de la matière .................47 Activité documentaire [1] : Modélisation de la nature microscopique de la matière ................................................................................... 48

Chapitre 8 : Séparation des constituants d’un mélange......75 Activité expérimentale [1] : Techniques de séparation des constituants d’un mélange................................................................................... 76 Activité expérimentale [2] : Le corps pure et ses caractéristiques ... 77 L’essentiel du cours......................................................................... 78 Exercices ........................................................................................ 79

Chapitre 9 : Traitements des eaux ..........................................83 Activité documentaire [1] : Rendre une eau naturelle potable ........ 84 Activité documentaire [2] : Traitement des eau usées ..................... 85 L’essentiel du cours......................................................................... 86 Exercices ........................................................................................ 87 Fiche de remédiation...................................................................... 90

2

PARTIE

L’ÉLECTRICITÉ

Chapitre 1 : L’électricité autour de nous ................................95

Démarche d’investigation Dans quel sens circule le courant dans un

Activité documentaire [1] : Sources et domaines d’utilisation d’électricité .96

circuit électrique ?...........................................................................131

Activité documentaire [2] : Production de l’électricité ..................... 97

Activité expérimentale [2] : Mesure de l’intensité du courant électrique

Exercices ........................................................................................ 99

Activité expérimentale [3] : Mesure de la tension électrique continu.133

L’essentiel du cours......................................................................... 98

Chapitre 2 : Le circuit électrique simple ...............................103 Activité documentaire [1] : Les différents types de dipôles

continu ..........................................................................................132 L’essentiel du cours.......................................................................134 Exercices ......................................................................................135

électriques............................................................................... 104

Chapitre 6 : L’effet de la résistance sur l’intensité du cou-

Activité expérimentale [2] : Schématisation et réalisation d’un circuit

rant électrique..........................................................................139

électrique simple............................................................................105

Activité expérimentale [1] : Effet de l’ajout d’une résistance électrique

L’essentiel du cours.......................................................................106 Exercices ......................................................................................107

Chapitre 3 : Matériaux conducteurs et isolants-sécurité électrique ................................................................................... 111 Activité expérimentale [1] : Les conducteurs et les isolants électriques .. .................................................................... 112

sur l’intensité du courant électrique ................................................140 Activité expérimentale [2] : Détermination de la résistance d’un conducteur ohmique......................................................................141 L’essentiel du cours.......................................................................142 Exercices ......................................................................................143 Fiche de remédiation....................................................................147

Activité documentaire [2] : Rôle des isolants dans la sécurité

Chapitre 7 : Loi des nœuds et loi d’additivité des tensions .....149

électrique ..........................................................................113

Activité expérimentale [1] : Loi des nœuds...................................150

L’essentiel du cours.......................................................................114 Exercices ......................................................................................115 Fiche de remédiation....................................................................119

Chapitre 4 : Les différents types de montages

Activité expérimentale [2] : Répartition de la tension électrique dans un circuit en série............................................................................151 L’essentiel du cours.......................................................................152 Exercices ......................................................................................153

électriques.................................................................................. 121

Chapitre 8 : Protection contre les dangers du courant

Activité expérimentale [1] : Montage en série...............................122

électrique....................................................................................157

Démarche d’investigation : Quel montage permet un fonctionnement

Activité expérimentale [1] : La recherche d’une panne dans un

indépendant des lampes ?..............................................................123

circuit électrique ............................................................................158

L’essentiel du cours.......................................................................124

Activité expérimentale [2] : Court-circuit et rôle de la fusible électrique .159

Exercices ......................................................................................125

Activité documentaire [3] : Prévention des dangers du courant

Chapitre 5 : Le courant électrique continu ...........................129 Activité documentaire [1] : les différentes sources de courant électrique continu...........................................................................130

électrique.......................................................................................160 L’essentiel du cours.......................................................................161 Exercices ......................................................................................162 Fiche de remédiation....................................................................166

LA MATIÈRE ET L’ENVIRONNEMENT

Compétence spécifique :

Pré -requis :

Être capable de mobiliser d’une manière intégrée et intériorisée l’ensemble des ressources concernant les propriétés physiques et chimiques de la matière, en vue de résoudre des situations problèmes relatives à l’utilisation rationnelle des ressources naturelles ou à la préservation de la santé et de l’environnement.

- Cycle de l’eau et certains domaines d’utilisation ; - Quelques propriétés des trois états de la matière ; - Energie calorifique ; - Pression et pression atmosphérique ; - Changements d’état physique de la matière ; - Mesure de volume et de masse.

PARTIE Prolongements :

Pour l’électricité (2éme partie)

Autres disciplines :

• Propriétés de conduction électrique.

• Mathématiques :

Deuxième année secondaire collégiale • Structure de la matière (molécules et atomes) ; • Réactions chimiques.

1

Les nombres • Mesure des longueurs • Calcul de volumes

• Repère dans un plan • Proportionnalité.

• Sciences de la vie et de la terre : La respiration dans différents milieu • Les ressources de l’eau • Classification simplifiée des roches sédimentaires. • Géographie : Composants et propriétés de notre planète.

Les

transformations

physiques

de la matière

Chapitre

6

Objectifs d’apprentissage : •D  istinguer température et chaleur. • Repérer la température d’un corps avec le thermomètre. •C  onnaître approprié de chaque transformation physique de la matière. •C  onnaître la conservation de la masse et la non conservation du volume au cours d’une transformation physique de la matière. • Interpréter le changement d’état physique en s’appuyant sur le modèle particulaire.

Activité 1 expérimentale

Partie 1 • La matière et l'environnement

Repérage de la température Avant de manger, Rania désire se laver les mains dans une bassine contenant de l’eau chaude. Comment Rania peut-elle être sûre que l’eau dans la bassine ne provoque pas de brûlure ?

Doc.1 Thermomètre à liquide

Protocole expérimental

1. Dans un bécher contentant de l’eau, on plonge entièrement le réservoir du thermomètre (Doc.1) dans l’eau sans qu’il touche les parois du bécher. 2. Lis la température sans sortir le thermomètre en plaçant bien l’œil en face du niveau liquide (Doc.2). (voir fiche méthode page 171). 3. Remplis un récipient avec de l’eau du robinet puis relève sa température. 4. À l’aide d’un bec Bunsen chauffe l’eau pendant environ 2min30s, relève sa température et éteins le bec Bunsen. 5. Repère la température de l’eau 6 min environ après l’arrêt du chauffage (Doc.3).

Verre Capillaire Graduation Liquide Réservoir

Echange de chaleur et variation de température

Doc.3

Doc.2

Repérage de la température d’un liquide

Thermomètre

17°C

80°C

40°C

Arrêt du chauffage

Chauffage Eau

Flamme

00 min 00 s

Bec Bunsen 02 min 30 s

06 min 00 s

Tâches à réaliser Observer 1. Cite les éléments qui constituent le thermomètre à liquide. 2. Quel est le symbole de l’unité de la température ? 3. À combien de degrés Celsius correspond chaque graduation du thermomètre de la photo du (Doc.2 ) ? 4. Quelle est la valeur de la température indiquée par le thermomètre dans l’expérience (Doc.2) ? Cette valeur permet-elle de conclure que l’eau est brûlante ou non ? Interpréter 5. Que reçoit l’eau liquide au cours du chauffage ? 6. Comment varie la température de l’eau au cours du : 56

a. Chauffage ? b. Refroidissement ? 7. Justifie la baisse de température de l’eau après l’arrêt du chauffage ? Conclure 8. Rédige une conclusion dans laquelle : a. Tu évoques l’intérêt de mesure de la température; b. Tu relies les variations de température d’une substance aux transferts de chaleur.

Chapitre 6

Activité 2 expérimentale

•

Les transformations physiques de l’eau Sur terre, l’eau est omniprésente. Elle se trouve sous différentes formes (glace, vapeur d’eau, eau des rivières, etc.) dans trois états physiques distincts. Comment l’eau passe-t-elle d’un état physique à l’autre ?

Doc.1 Les glaçons en fusion -5°C

Protocole expérimental 0°C

Glaçon

Eau liquide + Glaçons

Chauffage

Bec bunser

Doc.2

Capture d’écran (Interprétation des états physiques de la matière)

1. Introduis des glaçons dans un bécher. 2. Allume le bec bunsen et place le bécher dessus. 3. Attends quelques minutes, jusqu’à apparition de vapeur d’eau. (Doc.1) 4. Prends un verre de montre par une pince en bois et place le au-dessus du bécher. (Doc.3)

Doc.3

Vaporisation de l’eau pure

3

20°C

4

100°C

2

1

Ressource numérique Ael content, GENIE-MEN

Tâches à réaliser Observer 1. Qu’est ce qui arrive aux glaçons au fur et à mesure que l’on chauffe le bécher ? (Doc.1) 2. Qui fournit de la chaleur aux glaçons ? 3. Qu’est que tu observes sur le verre de montre (Doc.3 ) ? 4. Repère la temperature de fusion d’eau pure à la pression atmospherique ordinaire. Interpréter 5. Interprète l’observation faite au niveau du verre de montre. (Doc.3)

6. Si on fait retourner le bécher d’eau dans le congélateur, que se passera-t-il ? s’agira-t-il pour l’eau d’un gain ou d’une perte de chaleur ? 7. Interprète les différents états de l’eau mise en évidence dans cette expérience en te basant sur le modèle particulaire de la matière. Conclure 8. Fais un schéma résumant les transformations des états de l’eau mise en évidence par l’expérience réalisée.

Lexique   Fusion :

  Vaporisation : ‫اإلنصـهار‬

  Solidification : ‫التبخـر‬

  Liquéfaction : ‫التجـمد‬

‫اإلسـالة‬

57

Partie 1 • La matière et l'environnement

Démarche

d’investigation Le volume et la masse de l’eau varient-ils lors de sa solidification ? Une après-midi d’été, Mouad a placé une bouteille d’eau au congélateur pour la refroidir rapidement, mais il l’a oubliée. Le lendemain, il trouve la bouteille complétement déformée. Pourquoi la bouteille s’est-elle déformée ?

Doc.3

Les effets du gel d’eau sur les canalisations

Doc.1

Bouteille d’eau à température ambiante

Doc.2

Bouteille d’eau restée une nuit au congélateur

Tâches à réaliser Emettre une hypothèse 1.Quelle hypothèse(s) peut émettre Mouad ? Proposer une expérience 2. Dresse la liste du matériel nécessaire, et décris le protocole expérimental à réaliser pour vérifier l’hypothèse (les hypothèses) de Mouad. Présente le protocole proposé au professeur pour validation. Réaliser une expérience 3. Réalise l’expérience proposée et décris les

résultats obtenus. Faire preuve d’esprit scientifique 4. Les résultats obtenus permettent-ils de confirmer l’hypothèse (les hypothèses) de Mouad ? Communiquer avec un langage scientifique 5. Rédige un compte rendu de l’expérience réalisée et explique pourquoi faut-il protéger les canalisations du gel qui y déposé en hiver (Doc.3).

Lexique Congélateur : 58

‫مـجـمد‬

Gel d’eau :

‫مــاء مـتـجـمد‬

Canalisation :

‫قـنـاة‬

L’essentiel du

Chapitre 6

cours

•

1 Repérage de la température

Le thermomètre est l’instrument qui permet de repérer une température. Celle-ci est notée par Θ ou T et

40

s’exprime en degré Celsius de symbole (°C).

30

Pour repérer une température à l’aide d’un thermomètre

20 10

à liquide : on attend que l’équilibre thermique entre

0

le thermomètre et le milieu dont on veut repérer la température soit atteint sans que son réservoir touche le fond du récipient et on place correctement l’œil devant le thermomètre. Thermomètre à liquide

Repérage d’une température par un thermomètre

2 Les transformations physiques de l’eau

Sol idifi cati on

ion sat ori Vap

Solide

n tio fac ué Liq

Fus ion

Liquide

Sublimation

Eau

Glace

Gaz

Condensation

Solide :  Particules compact

Liquide : Particules espacées

et ordonnées.

et désordonnées.

Vapeur deau

Gaz : Particules espacées et désordonnées.

Un changement d’état est une transformation physique au cours de laquelle, une substance passe d’un état physique à un autre. Pour élever la température d’un corps sans changer son état physique, il faut le chauffer, c’est-à-dire lui fournir de la chaleur. Quand un corps cède de la chaleur sans changer d’état physique, il se refroidit, alors sa température baisse (ou diminue).

3 Conservation de la masse et non conservation du volume lors d’un changement d’état

Pendant un changement d’état, la masse ne varie pas car le nombre de particule de la matière ne change pas.

Eau liquide

glaçons

Pendant un changement d’état, le volume varie car les particules

Fusion

constituantes s’organisent différemment lors du passage d’un état physique à un

110,0g

110,0g

autre.

59

Partie 1 • La matière et l'environnement

Je m’entraîne QCM.1

Je vérifie mes connaissances

Pour chaque ligne du tableau, indique la(les) bonne(s) réponse(s) Énoncés

A

B

C

T

O

Θ

0°C

5°C

100°C

100°C

0°C

-5°C

diminue

augmente

reste constante

de chaleur

de matière pur

d’eau froide

seul son volume varie

seul sa masse varie

1. On présente la température par la lettre 2. À la pression atmosphérique ordinaire, la température d’ébullition de l’eau pure vaut 3. À la pression atmosphérique ordinaire , la température de solidification de l’eau pure vaut 4. Pendant un changement d’état de l’eau pure, sa température 5. L’augmentation de la température d’un corps pur nécessite un apport 6. Lorsque l’eau passe de l’état liquide à l’état solide

QCM.2

sa masse et son volume varient

Je vérifie mon savoir-faire

Pour chaque ligne du tableau, indique la(les) bonne(s) réponse(s) Énoncés

B

A

C

7. Pour repérer la température de l’eau que l’on refroidit, on réalise le montage suivant:

8. Pour contrôler l’évolution de la température lors de la vaporisation de l’eau liquide, on utilise le matériel suivant :

60

mélange réfrigérant

……... °C

mélange réfrigérant

mélange réfrigérant

:

:

……... -

-

-

-

-

-

-

-

-

-

PRESSIOMETRE SA 0-2000 hpa

hpa

Chapitre 6

9   Connaître le transfert de chaleur

Assiette froide

Recopie et relie chaque changement d’état au transfert d’énergie (chaleur) nécessaire à l’eau.

Buée

Solidification • Fusion •

Eau

• Apport de chaleur

Plaque de cuisson

à l’eau Vaporisation •

•

• Perte de chaleur par

l’eau Liquéfaction • 10   Les changements des états physiques

3.

Recopie le schéma des changements des états de l’eau pure sous pression normale schèma ci-dessous.

a. Qu’observe-t-on sur les parois de l’assiette froide? Précise dans quel état se trouve l’eau ....................................

Écris à côté des flèches le nom correspondant à chaque changement d’état.

b. Donne le nom de la transformation d’état qu’a subie l’eau au contact de l’assiette.

Solide

Liquide

Gaz

11   Vrai ou faux ?

Repondre par Vrai ou Faux. Vrai

Faux

a. Lorsqu’on chauffe de la glace, sa température reste constante lors de sa fusion. b. Au Maroc, l’unité utilisée pour mesurer la température est le Fahrenheit. c. Lors d’une liquéfaction de la vapeur d’eau à la pression normale, sa température continue de diminuer tant qu’il y a encore de la vapeur. 12   Vapeur : gaz ou liquide ? 1. Donne la définition de la vapeur d’eau.

2. Donne le nom du changement d’état de l’eau (juste au-dessus de la casserole) lorsqu’on la chauffe

4. Après avoir laissé refroidir la casserole, on la met au congélateur : donne le nom de la transformation d’état subie par l’eau dans le congélateur. 5. La casserole contenant maintenant de la glace, on la sort du congélateur pour la placer dans la pièce : donne le nom de la transformation d’état subie par l’eau. 13   Mesurer une température

Soit les quatre thermomètres suivant indiquant chacun une valeur de température. 1

2

3

4

40

20

30

10

30

20

0

38

20

10

-10

37

10

0

-20

36

1. Quelle est la valeur d’une division pour chaque thermomètre ? 2. Quelles sont les températures indiquées ? 3.Convertis les valeurs indiquées par ces thermomètres en Fahrenheit (°F), sachant que : Température (°F) = 32 + 1,8 . T(°C)

61

Partie 1 • La matière et l'environnement

J’approfondis

Exercice résolu 14 Solidification de l’eau pure (distillée)

Énoncé Pendant une séance de travaux pratiques, Mouad à réalisé la solidification de l’eau et a obtenu les résultats de mesures suivantes : Temps (min) Température (°C)

0

0,5

1

1,5

2

25,0

15,0

5,2

0,1

0,0

2,5 0,0

3 0,0

3,5 0,0

4

4,5

5

5,5

6

6,5

0,0

-2,5

-6,8

-11,0

-13,2

-14,2

1. Trace le graphique représentant la température en fonction du temps. 2. Quelle est la température de l’eau au bout de 1 minute et 30 secondes ? 3. Au bout de combien de temps la température atteint-elle -2,5 °C ? 4. Quell’est la température de solidification de l’eau. Solution

Commentaires

1.

1. Pour chaque valeur du temps, positionne les valeurs correspondantes de température à l’aide de l’axe vertical.

Température en (°C)

30 25 20 15

Eau liquide

Eau liquide+solide

Eau solide

2. Place sur l’axe horizontal un repère en comptant 2,5 carreaux. Reporte ensuite sur la courbe le point correspondant et lis la valeur de la température sur l’échelle verticale.

10 5 Temps en (min)

0 -5

0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5

-10

3. Un palier de température est présent lors des changements d’états des corps purs.

-15 -20

2. La température vaut 0,1°C au bout de 1min 30 secondes. 3. La température atteint -1°C au bout de 4min 30 secondes. 4. La température atteint un palier à 0°C lors du passage de l’état liquide à l’état solide, alors la température de solidification est 0°C. 15   Quand l’eau ne bout pas à 100°C

La pression atmosphérique ordinaire est égale à 1 atmosphère. Elle peut varier en fonction de l’altitude ou des conditions météorologiques. Le tableau suivant donne la valeur de la température d’ébullition T de l’eau en fonction de la pression en atmosphère (atm).

62

P(atm)

0,5

0,6

0,8

1,0

1,4

1,9

2,7

T(°C)

80

85

95

100

110

120

130

1. À quelle température l’eau bout elle dans une cocotte-minute où la pression est égale à 2,7 atm ? 2. Quel intérêt y a-t-il à cuire des aliments dans une cocotte-minute ?

Chapitre 6

•

3. Au sommet d’une montagne, la pression est égale à 0,6 atm. Les alpinistes qui s’y trouvent peuvent-ils faire leur thé ? Pourquoi ?

des soudures plutôt que du fer dont la température de fusion est de 1535°C.

16   Variation du volume

Mariam, en expédition vers le sommet du Djebel Toubkal (4165), décide de se faire cuire des pâtes. Elle les plonge dans l’eau bouillante. Au bout de la durée de cuisson indiquée sur le paquet, les pâtes ne sont pas cuites…

La solidification de l’eau s’accompagne d’une augmentation du volume d’environ 10%, c’està-dire que 100 cm3 d’eau fournissent 110 cm3 de glace.

2cm

18   Comapraison de température d’ébullition

2cm

1,5cm

1. Quel est le volume du glaçon représenté ? 2. Si on le fait fondre, quel volume d’eau pourra-t-on obtenir ? 3.Combien faudrait-il de glaçons identiques à celui-ci pour obtenir un litre d’eau (1L=1000 cm3). 17   Réaliser des soudures de circuits

En électronique, pour fixer un composant sur un circuit imprimé, on fait fondre un fil d’étain (métal dont la température de fusion est de 232°C) avec un fer à souder. La goutte d’étain déposée sur le circuit refroidi, fixant ainsi le composant sur le circuit.

1. Donne le nom du changement d’état subi par l’étain lorsqu’on le chauffe avec le fer à souder. 2. Nomme le changement d’état subi par la goutte d’étain sur le circuit en se refroidissant. 3. Justifie l’utilisation de l’étain pour effectuer

1. En haute altitude, la durée de cuisson est-elle plus grande ou plus faible qu’à basse altitude ? 2. Compare la température d’ébullition de l’eau en plaine et en altitude. 3. Déduis de la question 2 comment varie la pression quand l’altitude augmente. 19   Thermomètre maison

Taha et Hiba ont trouvé un vieux thermomètre dans le grenier, celui-ci semble fonctionner mais ses graduations ont été effacées. Taha et Hiba doivent donc étalonner le thermomètre , c’est-à-dire le graduer correctement. Comment peuvent-ils faire ? Rédige ta synthèse argumentée du débat avec tes camarades.

63

Fiche de

remédiation

Partie 1 • La matière et l'environnement  Objectif : Remédier à la difficulté liée à la non assimilation de la notion du modèle particulaire de la matière.

Activité de remédiation aux difficultés 1 Description de l’activité de remédiation

2 Tâches à réaliser par l’élève 1. Qu’observe-t-on lors de cette expérience ?

Diffusion d’un gaz dans un autre

2. Explique pourquoi les gaz n’ont ni formes ni volumes propres.

3. On modélise les particules de l’air par le

symbole ▼ et celles du diazotes (le gaz roux) par le symbole ■.

On réalise l’expérience suivante :

- Le flacon du bas contient un gaz de couleur rousse (gaz

du diazote). Le flacon supérieur contient l’air. Une plaque de verre est placée entre les deux flacons pour empêcher l’échappement des gaz.

Représente sur les schémas 3 et 4, les particules présentes dans chacun des flacons au début et à la fin de l’expérience (on considère que l’air est constitué d’un seul type de particules tout comme le gaz coloré).

- La plaque du verre est enlevée avec soin, le gaz roux est répandu dans les deux flacons

Activité d’auto-évaluation 2 Tâches à réaliser par l’élève

1 Situation d’auto-évaluation Le membrane Gore-Tex Le Gore-Tex, est une marque de tissu imperméable à l’eau (en cas de pluie par exemple), mais laissant passer la vapeur d’eau (dont est faite la transpiration). Ce tissu contient des milliards de trous microscopiques d’un diamètre d’environ 0,2μm (micromètre) appelés «pores» (1micromètre = 0,0000001m). Chaque pore est 20 000 fois plus petit qu’une goutte d’eau et 700 fois plus gros qu’une particule de vapeur d’eau, C’est la raison pour laquelle le tissu Gore-Tex est à la fois imperméable et respirant.

1. Les particules d’eau changent-elles selon l’état physique de l’eau ? 2. Pourquoi la pluie ne peut-elle pas traverser la membrane ? 3. Pourquoi la vapeur d’eau due à la transpiration peut-elle traverser la membrane ? 4. Calculer la taille approximative d’une particule d’eau qu’on appelle aussi «molécule››. 5. Pourquoi peut-on dire que ce tissu est imperméable et respirant ?

Eléments d’auto-évaluation Critères 1. Maîtrise du modèle particulaire de l’eau.

indicateurs Les particules d’une matière donnée sont identiques et caractérisent cette matière.

2. et 3. Capacité d’interpréter les différents Les particules d’eau ne peuvent traverser que les pores dont états physiques de l’eau par le modèle la dimension est supérieure à la taille de chaque particule. particulaire de la matière. - La taille (diamètre) d’une molécule d’eau est : d = 0,000 000 000 0286 m 4. et 5. Capacité de modéliser un - Vérifier que la taille des pores de la membrane permet d’expliphénomène physique. quer l’imperméabilité de ce tissu.

64

L’ÉLECTRICITÉ

Compétence spécifique :

Pré-requis :

Être capable de mobiliser d’une manière intégrée et intériorisée l’ensemble des ressources concernant les propriétés du courant, de la tension électrique et le fonctionnement d’un circuit électrique, en vue de résoudre des situations problèmes relatives au transfert d’énergie électrique et de son utilisation d’une manière rationnelle, tout en mettant en considération la sécurité des personnes et des appareils électriques domestiques.

Notions préliminaires sur : • Montage et schéma du circuit simple. • Circuit simple en série et en dérivation. • Dangers du courant électrique et rôle du fusible.

PARTIE Prolongements : Deuxième année secondaire collégiale

2

Autres disciplines :

• Le courant électrique alternatif sinusoïdal.

Mathématiques :

• Le montage électrique domestique.

• Activités sur les nombres • Proportionnalité Technologie : Composants électroniques - Les diodes - Circuit imprimé.

Sommaire de la partie

Chapitre 1 : L’électricité autour de nous................................................ 95

Chapitre 2 : Le circuit électrique simple .............................................103

Chapitre 3 : Matériaux conducteurs et isolants – sécurité électrique ....................................................................... 111

Chapitre 4 : Les différents types de montages électriques ........................ 121

Chapitre 5 : Le courant électrique continu...........................................129

Chapitre 6 : L’effet de la résistance sur l’intensité du courant électrique........................................................139

Chapitre 7 : Loi des nœuds et loi d’additivité des tensions....................149

Chapitre 8 : Protection contre les dangers du courant électrique............................................................................157

Le

Chapitre

courant 5 électrique continu

Objectifs d’apprentissage : • Connaître les sources du courant électrique continu ; •C  onnaître les caractéristiques du courant électrique continu ; •U  tiliser les appareils de mesure pour mesurer l’intensité du courant et celle de la tension électrique ; •C  onnaître l’unité de l’intensité du courant et la tension électrique dans le système international.

Partie 2

Activité 1 documentaire

•

L’électricité

Les différentes sources du courant électrique continu Pour qu’un circuit électrique fonctionne, un générateur est indispensable. Il permet au courant électrique de circuler dans le circuit. La prise du secteur, les générateurs de laboratoire, les piles, les accumulateurs, les photopiles : sont des générateurs de courant électrique. Quelles sont les différentes sources du courant électrique continu ?

Doc.1

Différentes sortes de piles usuelles

Les piles, les batteries et les accumulateurs sont des générateurs portables qui transforme l’énergie chimique en énergie électrique. Il existe deux sortes de piles : des piles jetables (ne sont pas rechargeables), et d’autres, dites «accumulateurs», que l’on peut recharger.

Doc.3 Batterie de voiture

Doc.2

Générateur de laboratoire

Le générateur de laboratoire permet de tronsformer le courant variable du secteur en un courant électrique continu. il est utilisé au laboratoire pour alimenter différents circuits électriques. La prise du courant continu est caractérisée par le ou les deux symbole lettres DC.

Tâches à réaliser Extraire des informations 1. As-tu déjà utilisé les piles ? dans quels appareil(s) ? 2. Quelle est la différence entre une pile et un accumulateur ? Interpréter 3. D’où provient l’énergie électrique fournie par une pile ? 4. Quel est le rôle des générateurs de laboratoire ? Conclure 5.  Rédige une conclusion en répondant aux questions suivantes : Parmi ces sources de courant, lesquelles sont des sources de courant continu ? 130

Lexique Accumulateur : Batterie : Laboratoire : Recharge :

‫مــركـــم‬ ‫بــطــاريــة‬ ‫مــختــبــر‬ ‫شــحــن‬

Chapitre 5 •

Démarche

d’investigation Dans quel sens circule le courant dans un circuit électrique ? La cuisine est équipée d’une hotte d’aspiration au-dessus de la table de cuisson, commandée par un interrupteur : il s’agit d’une hélice montée sur un moteur. Quel circuit peut-on réaliser pour qu’il réponde au cahier des charges du Doc. 1 ?

Doc.1

Le cahier des charges

Doc.2 Le moteur électrique Un moteur électrique est un dipôle récepteur qui convertit une partie de l’énergie électrique en énergie mécanique (mouvement), et peut tourner dans les deux sens possibles de rotation.

Doc.3 La diode

La hotte de la cuisine doit aspirer l’air audessus des plaques de cuisson, et non pas souffler de l’air dans la cuisine. L’hélice du moteur électrique doit tourner dans un seul sens.

C’est un dipôle qui ne laisse passer le courant que dans un seul sens appelé «le sens passant». Lorsqu’une diode est branchée en sens bloquant, elle se comporte comme un interrupteur ouvert.

Sens passant Symbole Ou

Doc.4 La diode électroluminscente (DEL) Un témoin de courant : La DEL est un dipôle qui émet de la lumière colorée lorsqu’il est traversé par un courant électrique dans le sens passant. Il sert généralement à indiquer qu’un appareil fonctionne.

Symbole

Tâches à réaliser Emettre une hypothèse 1. Quelle hypothèse émets tu à propos du sens du courant dans le moteur de la hotte? Proposer une expérience 2. Propose un schéma du montage pour vérifier ton hypothèse. 3. Etablis la liste du matériel nécessaire. Appelle le professeur pour valider ton montage. Réaliser une expérience 4. Après validation, réalise ton montage électrique.

Faire preuve d’esprit scientifique 5. Teste le fonctionnement du circuit électrique et vérifie s’il satisfait au cahier des charges. si ce n’est pas le cas, adapte le montage et en propose un autre. 6. Sur le schéma du circuit ainsi validé, représente le sens du courant électrique par une flèche. Communiquer avec un langage scientifique 7. Rédige un compte rendu de l’expérience réalisée et précise dans quel sens circule le courant électrique à l’extérieur de la pile.

Lexique Hotte : ‫طــارحــة الـهــواء‬

Hélice : ‫مــورحــة‬

Diode : ‫صــمــام‬ 131

Partie 2

Activité 2 expérimentale

•

L’électricité

Mesure de l’intensité du courant électrique continu Lorsqu’une lampe est traversée par un courant électrique, elle peut briller normalement, faiblement, fortement ou même être grillée. A quoi est dû l’éclat d’une lampe dans un circuit électrique ?

Doc.1 Circuit comportant une seule lampe Protocole Expérimental

Expérience 1 : 1. R éalise le montage (Doc.1) comportant une pile (G1), une lampe (L1), un ampèremètre (A) et un interrupteur. Expérience 2 : 2. Réalise le montage (Doc.2) Comportant: - Une pile (G2), identique à (G1); - Deux lampes (L2) et (L3) identiques à (L1), - Un multimètre (A2) réglé sur le même calibre que (A1) et un interrupteur.

Doc.2 Circuit comportant deux lampes en série

Doc.3

Utilisation de l’ampèremètre à aiguille

Tâches à réaliser La mesure de l’intensité du courant avec un ampèremètre à aiguille est caractérisée par trois données : • Le calibre de mesure (C). • La position de l’aiguille sur l’échelle de lecture (n). • Le nombre total de graduations N • On calcule l’intensité du courant à l’aide de laformule : I = C×n N

Lexique Intensité : Le calibre : 132

‫شـــدة‬ ‫الــعــيــار‬

Observer 1. Ferme les deux interrupteurs. Compare l’éclat d’une lampe dans le circuit (Doc.2) avec celui de la lampe du circuit (Doc.1). 2. Compare les valeurs affichées par les deux multimètres dans les deux circuits. Interpréter 3. Dans quel circuit le courant électrique est plus intense ? 4. Sachant que le multimètre mesure l’intensité du courant électrique, détermine la valeur de l’intensité du courant dans chaque circuit. (on peut utiliser aussi l’ampèremètre à aiguille) (Doc.3). Conclure 5. Rédige une conclusion dans laquelle tu cites les deux caractéristiques du courant électrique, et tu évoques comment mesurer l’intensité du courant électrique dans un circuit.

Chapitre 5 •

Activité 3 expérimentale Mesure de la tension électrique continue

La tension électrique est une grandeur électrique nécessaire pour qu’un courant électrique circule dans un circuit. Cette grandeur est mesurable par un voltmètre. Comment mesurer une tension aux bornes d’un dipôle ou entre deux points d’un circuit électrique ?

Doc.1

Multimètre en mode voltmètre et voltmètre à aiguille Protocole Expérimental

1. R éalise un circuit en série (Doc.1) , comportant une pile, une lampe et un interrupteur. 2. Consulte la fiche méthode page 172. 3. M  esure la tension électrique aux bornes de chacun des dipôles (la pile, la lampe, un fil de connexion et l’interrupteur) quand l’interrupteur est ouvert et quand il est fermé.

Doc.2

Mesure de la tension électrique aux bornes de la lampe

+

– Pour t’aider à mesurer

– 4,5 V

Tâches à réaliser Observer Comment faut-il placer les bornes V et COM 1.  du multimètre par rapport aux bornes de chaque dipôle pour lire une tension positive ? 2. Aux bornes de quels dipôles y a-t-il une tension : a. Lorsqu’un courant les traverse ? b. Lorsqu’aucun courant ne les traverse ? Interpréter 3. Schématise le circuit (Doc.2) en indiquant le sens du courant et les bornes (+) et (–) du générateur en précisant les poles du voltmétre. 4. Qu’as-tu modifié pour améliorer la précision de tes mesures ? Conclure Quelles sont les étapes à suivre pour mesurer 5.  une tension positive aux bornes d’un dipôle ?

• La

mesure de la tension électrique avec un voltmètre à aiguille est caractérisée par trois données : • Le calibre de mesure C du voltmètre. • La position n de l’aiguille sur l’échelle de lecture. • Le nombre total N des graduations de l’échelle de lecture. On calcule la tension «électrique » U à l’aide de la formule : U = C×n N

Lexique Tension : ‫تـــوتــر‬ Voltmètre à aiguille : ‫فــولطمـتر ذو إبـرة‬ Précision : ‫دقــة‬ Graduation : ‫تـدريــجــة‬ Echelle : ‫ســلــم‬ 133

L’essentiel du

Partie 2

cours

•

L’électricité

1 Les différentes sources du courant électrique continu  n distingue plusieurs types de sources du courant électrique continu : les piles, les batteries, les O génerateurs de laboratoires, etc. Sur les génerateurs de laboratoires, la prise du courant continu est caractérisée par le symbole ou les deux lettres DC.

2 Le sens du courant dans un circuit électrique

+

L  e courant électrique circule toujours de la borne positive (+) vers la borne négative (−) à l’extérieur du générateur. C’est le sens conventionnel du courant électrique. Pour représenter le sens du courant sur un schéma, on place une flèche sur l’un des fils de connexion, orientée suivant le sens conventionnel du courant électrique. Une diode ne laisse circuler le courant électrique que dans le sens indiqué par la flèche de son symbole (diode passante). Sinon, elle se comporte comme un interrupteur ouvert (diode bloquante).

_

3 Mesure de l’intensité du courant électrique continu A

A

COM

+

L e courant électrique continu est caractérisé par une grandeur physique mesurable appelée l’intensité du courant, son symbole est I. L’intensité du courant électrique se mesure à l’adie d’ un ampèremètre, de symbole A branché en série. L’unité de l’intensité est l’ampère (symbole A). 1mA = 0,001 A ; 1kA = 1000 A ; 1µA = 0,000 001 A. Lorsque l’intensité du courant traversant une lampe augmente, son éclat augmente.

_

L a tension électrique est une grandeur mesurée entre les bornes d’un dipôle électrique. La tension électrique, notée U, se mesure avec , branché un voltmètre, de symbole V en dérivation aux bornes d’un dipôle. L’unité de la tension électrique est le volt de symbole V 1 V = 1 000 mV ; 1 kV = 1 000 V. La tension électrique aux bornes d’un fil de connexion ainsi qu’aux bornes d’un interrupteur fermé est pratiquement nulle.

134

+

4 Mesure de la tension électrique continue

_

+ V

–

Chapitre 5 •

Je m’entraîne QCM.1

Je vérifie mes connaissances

Pour chaque ligne du tableau, indique la(les) bonne(s) réponse(s) Énoncés 1. Á

l’extérieur

du

B

C

de la borne positive

dans le sens

vers la borne

des aiguilles

négative.

d’une montre.

est de plus en plus

est de plus en plus

A générateur,

le courant circule

de la borne négative vers la borne positive.

2. L’intensité du courant dans un

est la même dans

grande, quand on

faible, quand on

circuit série

tous les dipôles.

s’éloigne de la borne

s’éloigne de la borne

(+) de la pile.

(+) de la pile.

3. La tension électrique se mesure avec

un ampèremètre

un voltmètre

un tensiomètre

lorsqu’il 4. 

il se peut qu’il n’y ait pas de courant électrique

il y a toujours un courant

il n’y a jamais de courant.

l’ampère

le mètre

le volt

elles brillent mois bien.

elles brillent mieux.

Elles brillent de la même manière.

y

a

une

tension

électrique entre deux points 5. L’unité de tension est 6. Si on augmente le nombre de lampes dans un circuit en série

QCM.2

Je vérifie mon savoir-faire

Pour chaque ligne du tableau, indique la(les) bonne(s) réponse(s) Énoncés

A

B

C

7. Un ampèremètre se branche toujours

en dérivation

en série

à côté du générateur

8. Pour mesurer une tension de 9 V, j’utilise le calibre de

2V

20 V

200 V

_

_

+

9. Dans quel montage le voltmètre est-il correctement branché ?

+

V

V

_

+

_

+

V _

+

_

+

10. Dans quel schéma on a bien représenté le sens du courant ? M

M

M

135

Partie 2

Je m’entraîne

•

L’électricité

Complète le texte suivant par ce qui convient parmi les propositions suivantes : calibre tension – voltmètre – dérivation La ......... aux bornes d’un dipôle est mesurée à l’aide d’un ......... qui se branche en ...... aux bornes du dipôle. Le choix du bon................ permet d’effectuer la mesure la plus précise.

b. La borne V et la borne COM. c. La borne V et la borne A. d. seulement la borne V. 2. Pour mesurer la tension aux bornes d’une lampe en fonctionnement, le voltmètre doit être : a. Branché en série avec la lampe dans le circuit. b. Branché en dérivation aux bornes de la lampe dans le circuit. c. Relié à la lampe hors du circuit

12   Vrai ou faux ?

14   Convertir

11   Complèter un texte

Schématise le circuit ci-contre, puis réponds par vrai ou faux aux affirmations :

Effectue les conversions suivantes. a. 300 mA = ... A b. 0,07 A = ... mA

+

–

c. 1,03 mA= … A d. 0,15 A = … µA e. 126 mA = … A

Vrai

Faux

a. C’est un circuit en dérivation

; ; ; ; ;

f. 6,5 V = ... mV g. 0,02 kV = ... V h. 230 V = … kV i. 0,012 kV = … mV j. 211 mV = … V

15   Ampérmètre et voltmètre 1.  Complète le schéma du circuit avec les symboles de l’ampèremètre et du voltmètre en précisant leurs bornes COM, V et A. 2. Explique par une phrase quelles sont les mesures effectuées dans ce montage. _

b. Si on permute la lampe et le moteur, la lampe brille davantage.

+ G L

c. Si on permute la lampe et le moteur, le moteur tourne à la même vitesse. d. Si la lampe est grillée, le moteur s’arrête. e. Si on intervertit les bornes de la pile, le moteur tourne plus vite. f. Si on intervertit les bornes de la pile, le moteur tourne en sens inverse.

16   Mesurer une tension

Quel est le schéma du montage qui permet de mesurer la tension aux bornes du moteur? Critique le schéma erroné. V

136

_

V

M

+

Indique la bonne proposition, sachant qu’une seule est exacte. 1. Pour mesurer une tension avec un multimètre, on utilise : a. La borne A et la borne COM.

+

13   Faire le bon choix

_

M

Chapitre 5 •

J’approfondis Exercice résolu 17 Étude d’un circuit

Énoncé

On considère le schéma électrique ci-contre : 1. Ce circuit est-il en série ou en dérivation ? Justifie. 2. Quels sont les 5 dipôles branchés ici ? 3. Combien de fils faut-il pour tout connecter ? 4. Rappelle le sens conventionnel du courant. 5. Le courant traversera-t-il la diode ? Pourquoi ? 6. Que se passe-t-il si le moteur grille ? 7. Si on ferme l’interrupteur et que l’on branche un fil aux bornes de la diode, que se passe-t-il ? Solution

1. Le circuit est en dérivation, car il contient plusieurs boucles. 2. Le circuit est constitué des dipôles suivants : Pile – moteur – lampe – diode – interrupteur. (un dipôle à deux bornes). 3. Il faut 7 fils de connexion pour connecter les cinq dipôles. 4. Conventionnellement, le courant électrique sort de la borne positive du générateur vers sa borne négative. 5. La diode est connectée dans le sens passant du courant électrique, elle laissera donc passer le courant électrique dans le circuit. 6. Si le moteur grille, la lampe continue à fonctionner. 7. Brancher un fils entre les bornes de la diode veut dire la court-circuiter, et puisque l’interrupteur est fermé, la pile sera elle aussi court-circuitée.

18   Identifier un dipôle inconnu Calcule les intensités du courant électrique à partir des schémas d’écran des ampèremètres analogiques suivants.

10

15

5 0

30

20

3A

30

0

G

+

M

Commentaires 1. Lorsque, dans un circuit, les dipôles et les fils de connexion sont branchés les uns à la suite des autres, ils forment une boucle fermée.

2. Remarque que le petit trait du symbole de la diode est du côté de la borne négative de la pile. S’il est du côté de la borne positive, la diode ne laisse pas passer le courant.

3. Si un dipôle ne fonctionne pas dans une branche d’un circuit en parallèle, les autres dipôles continuent à fonctionner. Ceci n’est pas possible dans un circuit en série.

19   Prévision d’une mesure

Sofia et Najib ont réalisé le circuit ci-dessous.

45 60

15

25

_

75

1A

0,3A

0,1A

0,03A

0,01A

90

137

Partie 2

J’approfondis Pour Sofia, l’intensité du courant qui sort du générateur est plus grande que celle qui entre. Najib pense que l’ampèremètre n’indiquerait pas la même valeur s’il est placé entre la lampe et le moteur. 1. Schématise ce circuit ; 2. Quelle est la valeur de l’intensité affichée par l’ampèremètre ? 3. Quelle sera l’indication de l’ampèremètre : a. Si on le branche entre la lampe et le moteur? b. Si on le branche entre le moteur et la borne (-) du générateur ? c. Si on permute la lampe et le moteur ? 4. Sofia et Najib ont-ils raison ? justifie ta réponse.

•

L’électricité

21   Savoir mesurer une intensité

1. Comment est appelé l’appareil qui permet de mesurer l’intensité d’un courant électrique? 2. Quelle est la couleur de la zone où doit se trouver le sélecteur pour que le multimètre puisse mesurer une intensité ? 3. L’appareil se branche -t-il en dérivation ou en série dans le circuit ? On désire mesurer précisément l’intensité du courant traversant une lampe. Sachant que cette intensité est de l’ordre de 100 mA, sur quelles bornes doit-on réaliser les branchements ? quel calibre doit-on alors utiliser ?

20   Lecture d’un ampèremètre analogique

on mesure la tension U aux bornes d’un dipôle en utilisant un voltmètre à aiguille. Le document ci-dessous représente le cadran du voltmètre. Sachant que le calibre utilisé est 10 V, quelle est la valeur de la tension mesurée ?

Voltmètre à aiguille

Multimètre

22   Trouver les signes Le montage ci-après comporte une pile, une lampe, un voltmètre et un interrupteur. La couverture de la pile est usée, les bornes ne se voient plus.

-4,31 A

B

Aspet du cadran du voltmètre

Détermine, en justifiant ta réponse, les borne de la pile.

138