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sommaire
Électricité - Qu’y a-t-il derrière la prise ?
Ce guide est destiné aux animateurs de l’exposition. Il complète le guide de l’animation 1
en proposant, pour certains éléments, des scénarios d’animation.
Les circuits p. 3
1• Conduit ? ne conduit pas l’électricité ?
2• Il a un sens
3• Montage en parallèle - en série
Électromagnétisme p. 11
1• À la pêche ?
2• Bobines et aimants
3• Génératrices et moteurs
Piles p. 21
1• Voir à l’intérieur d’une pile
2• Empilons nos piles
3• La pile de Volta
4• Électrolyse
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2

Les circuits
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3

LES CIRCUITS animation 1
éléments
d’exposition
objectifs
conditions
de réalisation
matériel
nécessaire
Conducteurs et isolants
?
Conduit ? ne conduit pas ?
l’électricité
• Pour que le courant passe, le circuit doit être conducteur
• Pour que le courant passe, le circuit doit être fermé
• Laquelle de ces ampoules ne fonctionne pas?
• Mon corps laisse passer l’électricité
• Vidéo “Ça chauffe / ça éclaire”
s acquérir la notion de circuit ouvert et circuit fermé. Le courant passe
quand le circuit est fermé; il ne passe pas quand le circuit est ouvert.
s savoir tester et classer des éléments conducteurs et non conducteurs
isolants. Pour que le courant passe, le circuit doit être constitué d’éléments conducteurs.
(Notre corps aussi est conducteur : attention, danger!)
Lieu : en dehors de l’espace d’exposition
Âge : à partir de 5 ans
Nombre d’enfants : 8
Durée : 10 à 15 minutes
• petites planches de bois , vis à bois
• des supports d'ampoule et des ampoules de tension 4,5 V
• des piles "plates" de 4,5 V
• des fils électriques avec des embouts pinces "crocodiles"
Que reconnaissez-vous sur ce plateau?
La pile produit du courant électrique ; c’est un générateur de courant électrique.
La lampe utilise le courant électrique pour briller.
?
Pourquoi la lampe ne brille-t-elle pas?
Le circuit est ouvert, la lampe n'est pas
reliée aux bornes de la pile.
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LES CIRCUITS animation 1
?
>
Comment peut-on faire briller la lampe?
Tester les différents éléments à disposition, les classer : "conduit", "ne conduit pas".
Certains objets trop courts doivent être associés à d'autres.
Les corps qui laissent passer le courant sont appelés conducteurs,
les autres sont des isolants.
Un circuit électrique est constitué d'une suite d'éléments conducteurs reliés entre
eux et aux bornes du générateur.
Plus ou moins bon conducteur
>
Observer les matériaux conducteurs, constater que la plupart sont des métaux ou
alliages de métaux, nommer ces différents métaux.
Avec le graphite, la lampe brille moins. Le graphite laisse moins facilement passer le
courant électrique ; c'est un mauvais conducteur. (Le graphite n'est pas un métal,
c'est du carbone, un peu comme du charbon).
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LES CIRCUITS animation 2
éléments
d’exposition
objectifs
conditions
de réalisation
matériel
nécessaire
Circuit simple
?
?
Il a un sens
• Des piles en piles
• Quelle pile choisir
• Vidéo : "le courant électrique"
s acquérir la notion de circuit ouvert et circuit fermé. Le courant passe
quand le circuit est fermé; il ne passe pas quand le circuit est ouvert.
s savoir réaliser des montages simples : un générateur et un récepteur ; un
générateur et deux récepteurs.
s constater que le courant électrique a un sens et vérifier ses effets sur
une lampe, un moteur.
s observer les propriétés de certains composants électroniques : diode,
buzzer qui ne fonctionnent que lorsqu'ils sont traversés par le courant
dans un certain sens.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 5 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 5 à 10 minutes
• petites planches de bois, vis à bois
• des supports d'ampoule et des ampoules de tension 4,5 V
• des piles "plates" de 4,5 V
• des ampoules L.E.D (diodes) protégées par une résistance 470 ohms
• un buzzer de tension 6 V
• un petit ventilateur électrique
• des fils électriques avec des embouts pinces "crocodiles"
Pouvez-vous faire briller la lampe?
Pouvez-vous faire tourner le moteur? (le ventilateur)
Pour que la lampe brille ou que le moteur tourne, il faut que leurs
deux bornes soient reliées aux deux bornes de la pile.
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LES CIRCUITS animation 2
Le courant a un sens
?
Que se passe-t-il si on inverse les branchements aux bornes de la pile (ou aux bornes
de chacun des récepteurs) ?
Pour la lampe : elle brille également.
Pour le moteur : il tourne dans l'autre sens.
Le sens de rotation du moteur dépend des branchements à la pile.
?
>
?
?
?
Pouvez-vous faire fonctionner cet appareil (buzzer)?
Constater que le buzzer ne fonctionne que s'il est traversé par le courant électrique
dans un certain sens.
Connaissez-vous ces petites "lampes" (diodes)?
En avez-vous déjà vu?
Pouvez-vous les faire briller?
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LES CIRCUITS animation 2
• Les diodes ou D.E.L. ou L.E.D. ne brillent que si elles sont traversées
par le courant dans un certain sens.
• Dans les corps conducteurs, le courant électrique est dû à un
déplacement d'électrons qui vont de la borne "-" de la pile à la borne "+ ".
Autres propositions
>
>
ATTENTION ! Par convention, le sens du courant électrique est celui qui va de la
borne "+ "à la borne "-" de la pile.
Utiliser trois fils pour faire fonctionner le buzzer et les diodes.
Utiliser quatre fils pour faire fonctionner le buzzer, les diodes et le moteur.
Les diodes et le buzzer doivent être reliés à la pile de façon à être
traversés par le courant dans le "sens passant".
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LES CIRCUITS animation 3
élément
d’exposition
objectifs
conditions
de réalisation
matériel
nécessaire
Circuit simple
?
>
?
Montage en parallèle - en série
Pour que le courant passe, il faut relier l'appareil à la pile.
s acquérir la notion de circuit ouvert et circuit fermé. Le courant passe
quand le circuit est fermé; il ne passe pas quand le circuit est ouvert.
s différencier un générateur (pile) qui produit du courant électrique et des
récepteurs (lampe, moteur…) qui utilisent le courant électrique.
s comprendre la notion de court circuit. Le circuit relie directement une borne
de la pile à l'autre sans alimenter aucun récepteur. Le court circuit à la maison peut
avoir de graves conséquences.
s savoir réaliser des montages simples : un générateur et un récepteur ; un
générateur et deux récepteurs.
s constater les effets de montages : en série (tous les récepteurs sur le même
circuit) ; en parallèle (un circuit pour chaque récepteur relié aux bornes de la pile ou à
un autre récepteur alimenté par la pile).
s comprendre la fonction de l'interrupteur qui ouvre et ferme le circuit et
savoir le placer en série dans un montage simple.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 20 à 30 minutes
• petites planches de bois, vis à bois
• des supports d'ampoule et des ampoules de tension 4,5 V
• des piles "plates" 4,5 V
• des ampoules L.E.D protégées par une résistance 470 ohms
• des fils électriques avec des embouts pinces "crocodiles"
• un buzzer de tension 6 V
Pouvez-vous allumer la lampe ?
Faire visualiser le circuit du courant
électrique qui part d'une borne de
la pile et qui revient à l'autre.
Pouvez-vous faire fonctionner ce petit
appareil mystérieux (buzzer)?
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LES CIRCUITS animation 3
Pour que le courant passe dans un appareil, il faut que les deux bornes
de celui-ci soient reliées aux deux bornes de la pile.
?
Si on inverse les branchements aux bornes de la pile des appareils, que se passe-t-il ?
Les diodes, le buzzer ne fonctionnent que s'ils sont traversés par le courant
électrique, dans un certain sens.
Circuits avec plusieurs récepteurs
?
?
?
Pouvez-vous réaliser un montage pour faire briller les deux lampes ?
Pouvez-vous réaliser un montage pour faire fonctionner une lampe et les diodes ?
Pouvez-vous réaliser un montage pour faire fonctionner tous les appareils?
Les enfants réalisent généralement des montages en parallèle.
Chaque appareil a son propre circuit, au départ des bornes de la pile
ou au départ des bornes d'un autre appareil lui même relié à la pile.
Ce montage est appelé « montage en parallèle » ou « dérivation ».
>
Inviter les enfants à réaliser des
montages avec moins de fils,
c'est à dire des montages en série.
La pile et les différents récepteurs sont reliés entre eux de façon à former
une boucle unique, un "collier". Ce montage est appelé montage en série.
>
Comparer les effets du courant dans chacun des deux montages.
• Dans un montage en parallèle, les effets du courant sont sensiblement
les mêmes que lorsque les récepteurs sont seuls à être alimentés par la pile.
La tension aux bornes de chaque récepteur est à peu près égale à la tension
aux bornes de la pile.
• Dans un montage en série, les effets du courant sont plus faibles : les appareils
offrent trop de résistance à son passage. Ils ne fonctionnent pas ou que faiblement.
C'est la tension aux bornes de l'ensemble qui est égale à la tension aux bornes de la pile.
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10

Électromagnétisme
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11

ÉLECTROMAGNÉTISME animation 1
éléments
d’exposition
objectif
conditions
de réalisation
matériel
nécessaire
À la pêche ?
• Faire tourner un aimant avec du courant
• L’aimant dans la bobine
• Vidéo : “ça aimante”
s acquérir des connaissances sur les propriétés des aimants. Les aimants
attirent les corps constitués de matériaux dits magnétiques : fer, oxyde magnétique
de fer, nickel, cobalt… On dit qu'un aimant crée autour de lui un champ magnétique.
Un aimant droit possède deux pôles : un pôle nord et un pôle sud. Lorsqu'ils sont
libres de s'orienter, un aimant droit ou une petite aiguille aimantée prennent à peu
près la direction nord/sud; le pôle nord de l'aimant étant celui qui pointe dans la
direction du nord.
Deux aimants peuvent s'attirer ou se repousser : deux pôles semblables se repoussent,
deux pôles différents s'attirent.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 5 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 10 minutes
• poissons en cuivre, en fer, en bois, en plastique, en aluminium, en acier,
• tige rigide, fil
• aimants de diverses puissances
• petit aquarium
Matériaux magnétiques et non magnétiques
>
Après avoir distribué les "cannes à pêche", proposer d'aller à la pêche aux poissons.
Attention, on joue à tour de rôle et on désigne avant essai le poisson qu'on a l'intention
de pêcher.
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12

ÉLECTROMAGNÉTISME animation 1
>
On peut écourter la partie en proposant d'éliminer par catégorie les poissons que
l'on est sûr de ne pas pouvoir pêcher.
Seuls les matériaux magnétiques sont attirés par l'aimant. Parmi
les métaux présents sur le plateau, seul le fer est attiré par l'aimant.
Le cuivre, l'aluminium n'ont pas de propriétés magnétiques. (L'acier
est un alliage de fer et de carbone).
Aimantation permanente, aimantation temporaire
>
Faire remarquer qu'un gros poisson attiré par un aimant peut lui même attirer un
petit poisson en fer ou en acier. Cette attraction cesse si on éloigne l'aimant.
Au contact d'un aimant, un matériau magnétique a temporairement
les propriétés d'un aimant.
Propriétés des aimants
>
>
Tester les différents aimants, comparer leurs forces. Faire remarquer que les forces
s'exercent à distance.
On peut aussi, en jouant avec deux aimants, constater les phénomènes d'attraction
et de répulsion.
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ÉLECTROMAGNÉTISME animation 2
éléments
d’exposition
objectif
conditions
de réalisation
Bobines et aimants
• Quand le courant passe, ça aimante.
• Vidéo : "ça aimante"
s acquérir des connaissances sur les propriétés des électroaimants. Un fil
conducteur parcouru par un courant crée autour de lui un champ magnétique comme
un aimant; pour que l'effet magnétique soit plus fort, le fil est enroulé en bobine. Une
barre de fer, placée au centre de la bobine, augmente la puissance de l'électroaimant.
Une bobine, tant qu'elle est parcourue par un courant, se comporte exactement comme
un aimant : elle présente deux pôles : un pôle nord et un pôle sud ; elle attire les
matériaux magnétiques, elle peut attirer ou repousser un aimant ou un autre
électroaimant.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 30 minutes
Un fil parcouru par un courant a des propriétés magnétiques
matériel
nécessaire
>
>
z 1 er atelier
• aiguille aimantée, support d'axe à aiguille
• aimants
• support d'Oerstedt (plaque de bois - tige rigide en cuivre)
• piles 4.5 V, trombones, fil électrique
Observer la petite aiguille aimantée placée sur son axe
indépendant. Parce que c'est un aimant, la petite
aiguille s'oriente toujours dans le sens nord/sud.
Vérifier ses propriétés en approchant un autre aimant.
L'aiguille aimantée est déviée sous l'influence du champ
magnétique de l'aimant. Deux pôles semblables se
repoussent, deux pôles différents s'attirent.
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ÉLECTROMAGNÉTISME animation 2
>
?
>
>
?
Montrer le support de l'aiguille d'Oerstedt avec son fil
de cuivre.
Y a-t-il sur ce support quelque chose qui soit un aimant,
qui ait les propriétés d'un aimant ? Vérifier avec un
trombone, par exemple.
Placer l'aiguille aimantée sous le fil. Faire constater que
rien ne vient perturber l'aiguille qui se place comme
tout à l'heure dans la direction Nord/Sud.
Proposer de faire passer un courant électrique dans le fil et pour cela, de le relier à la
pile. Rappeler la notion de circuit et demander qu'il soit possible d'ouvrir et de
fermer le circuit grâce à l'interrupteur.
Que se passe-t-il quand on ferme le circuit (quand le courant passe dans le fil ) ?
Autour d'un fil parcouru par un courant, apparaît un champ magnétique.
Ce champ magnétique fait dévier l'aiguille aimantée.
Électroaimant et aimant
matériel
nécessaire
>
?
?
z 2 ème atelier
• bobines à coudre
• fil de cuivre
• clou ou vis
• piles 4.5 V, trombones, fil électrique
Faire observer et décrire la bobine du plateau d'expérience. Reconnaître le fil de
cuivre, faire constater qu'il y en a une longueur plus grande enroulée sous la forme
d'une bobine.
Que va-t-il se passer si je fais circuler un courant
dans cette bobine?
• Mettre en évidence les propriétés magnétiques
de la bobine en approchant l'aiguille aimantée
posée sur son axe.
• Placer l'axe de fer à l'intérieur de la bobine et
constater les différences.
La bobine fait-elle tourner l'aiguille aimantée quand
le courant ne passe plus?
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15

ÉLECTROMAGNÉTISME animation 2
Une bobine parcourue par un courant se comporte comme un aimant.
Ses propriétés magnétiques sont plus importantes si on place à l'intérieur
un cylindre de fer appelé "noyau de fer doux" (fer pur). C'est un électroaimant.
La bobine perd son aimantation quand elle n'est plus traversée
par le courant électrique.
>
?
>
>
Sortir l'axe de fer de la bobine.
Peut-on l'utiliser comme un aimant ?
Essayer avec des trombones, par exemple.
Utiliser le cylindre d'acier pour faire la même expérience.
Le fer ne conserve pas ses propriétés magnétiques ; l'acier (alliage
de fer et de carbone) les conserve. Avec l'acier, on peut fabriquer
des aimants permanents.
Les pôles de l'électroaimant
matériel
nécessaire
>
>
>
z 3 ème atelier
• bobines à coudre
• fil de cuivre
• clou ou vis
• piles 4.5 V, trombones, fil électrique
Approcher un barreau aimanté d'une extrémité
puis de l'autre de la bobine.
Observer et expliciter ses réactions.
Inverser les connexions aux bornes de la pile. Faire
constater et expliciter les changements.
Comme un aimant, un électroaimant a deux pôles. Si on change
le sens du courant, le pôle nord devient pôle sud et réciproquement.
On peut aussi approcher de la bobine du plateau une autre bobine suspendue et
montrer les mêmes réactions quand deux électroaimants sont mis en présence.
On peut poursuivre en abordant le principe du moteur (cf. Animations Génératrices
et moteurs).
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ÉLECTROMAGNÉTISME animation 3
éléments
d’exposition
objectifs
conditions
de réalisation
Génératrices et moteurs
• Principe du moteur
• L'intérieur du moteur géant
• La génératrice fabrique de l'électricité
• Plus on allume de lampes, plus il faut d'énergie
• Vidéo "La génératrice" et "le moteur"
s comprendre le principe du moteur électrique. Une bobine mobile autour
d'un axe peut être attirée ou repoussée par des aimants. Si un petit collecteur
astucieux change quand il le faut le sens du courant, la bobine tournera sur elle-même.
s aborder la notion de courant induit. De même que le courant électrique peut
créer un champ magnétique, les aimants peuvent créer du courant. En déplaçant un
aimant au voisinage d'une bobine ou l'inverse, on induit un courant dans le fil; c'est
l'induction électromagnétique.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 30 à 45 minutes
Faire passer un courant dans une bobine, utiliser un Voltmètre*
matériel
nécessaire
>
?
z 1 er atelier
• bobine à coudre entourée de fil de cuivre
• interrupteur : trombones sur plaque de bois
• long clou en fer
• pile 4,5 V, voltmètre, fils électriques
Faire observer la bobine du plateau ; remarquer qu'il s'agit d'une bobine de fil de
cuivre comme observée précédemment.
Peut-on envoyer un courant électrique
dans cette bobine?
* Cette proposition suppose que les enfants ont déjà fait les expériences sur l'électroaimant.
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ÉLECTROMAGNÉTISME animation 3
>
?
>
>
?
>
?
>
>
Produire du courant *
matériel
nécessaire
>
?
>
>
?
Faire réaliser un circuit avec interrupteur.
Comment mettre en évidence le fait qu'un courant traverse cette bobine ?
Laisser expérimenter ses propriétés magnétiques à l'aide du barreau aimanté par
exemple.
Rappeler les notions abordées précédemment.
A-t-on d'autres moyens de constater que le courant passe?
On peut, à cette occasion, montrer que le passage du courant produit de la chaleur.
Faire observer le Voltmètre.
A quoi, à votre avis, sert cet appareil?
Essayer de mesurer la tension aux bornes de
la pile.
Mesurer la tension aux bornes de la bobine
pour mettre en évidence le passage du courant.
z 2 ème atelier
• bobine à coudre entourée de fil de cuivre
• voltmètre - long aimant
Relier le Voltmètre aux bornes de la bobine,
celle-ci n'étant pas reliée à la pile.
Du courant passe-t-il dans la bobine?
Constater que le Voltmètre indique bien "0".
Montrer l'aimant, demander aux enfants de le
déplacer à l'intérieur de la bobine.
Que constate-t-on ?
L'indication du Voltmètre (mettre le curseur
sur la position courant alternatif) montre qu'il y a un courant électrique. Faire
constater que ce courant est bien produit à l'intérieur de la bobine et ne provient
pas de la pile.
* Cette proposition suppose que les enfants ont déjà fait les expériences sur l'électroaimant.
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ÉLECTROMAGNÉTISME animation 3
Lorsqu'on déplace un champ magnétique à proximité d'une bobine,
on crée dans le fil un courant électrique. C'est l'induction électromagnétique.
Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une génératrice? *
matériel
nécessaire
>
?
?
?
>
>
z 3 ème atelier
• génératrice : dynamo de vélo démontée
• lampe, fils électriques
Montrer la génératrice mobile (dynamo de vélo)
Connaissez-vous cet objet? A quoi sert-il?
Peut-on alors, avec cette génératrice, allumer la lampe?
A votre avis, qu'y a-t-il à l'intérieur de cette génératrice pour qu'elle produise du courant?
Proposer de vérifier les hypothèses en ouvrant la génératrice démontable.
Faire constater qu'ici, c'est la bobine qui tourne à l'intérieur de l'aimant.
Une génératrice, c'est une bobine et un aimant ; la bobine tournant dans le champ
magnétique de l'aimant ou l'aimant tournant à l'intérieur de la bobine. C'est sur
ce principe que fonctionnent les centrales électriques.
Moteurs *
matériel
nécessaire
>
>
>
?
?
>
z 4 ème atelier
• moteur démonté (ex : ventilateur à pâles)
• pile 4.5V
Faire observer un moteur (ventilateur par exemple). Faire préciser qu'un moteur
utilise du courant électrique.
Faire réaliser un montage qui permette de faire tourner le moteur avec l'énergie de
la pile.
Montrer le moteur mobile.
Qu'y a-t-il à l'intérieur du moteur?
Que va-t-il se passer quand on va envoyer du courant dans l'une des bobines ?
La bobine devient un électroaimant (faire les rappels nécessaires) qui réagit avec
l'aimant permanent; elle est attirée, elle tourne et s'immobilise face à l'aimant.
* Cette proposition suppose que les enfants ont déjà fait les expériences sur l'électroaimant.
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ÉLECTROMAGNÉTISME animation 3
>
>
>
Si l'on envoie maintenant du courant dans la deuxième bobine, elle va réagir de
même et ainsi de suite.
Reste à trouver le système qui fasse que le courant soit envoyé dans chacune des
bobines successivement.
Faire référence à l'élément d'exposition où l'aimant permanent mobile tourne quand
on envoie du courant successivement dans les trois bobines.
Génératrices et moteurs *
matériel
nécessaire
>
>
>
>
Faire observer le dispositif des balais. (Difficile à comprendre).
z 5 ème atelier
• génératrice, moteur, lampe
• fils électriques, piles 4.5 V
Les enfants ne manquerons pas de faire la proposition d'utiliser le montage qui
permet de faire tourner la génératrice à l'aide du moteur.
Laisser faire ce montage en faisant remarquer que vouloir allumer la lampe grâce à la
génératrice entraînée par le moteur lui même relié à la pile n'est peut-être pas le
moyen le plus simple.
Par contre, vouloir relier la pile à la génératrice n'est pas conseillé, et n'a en tout cas
pas de sens puisque l'une et l'autre servent à produire du courant.
Faire faire la synthèse des connaissances.
Un moteur et une génératrice sont composés des mêmes éléments :
bobines et aimants.
Dans le moteur, les électroaimants (bobines dans lesquelles passe
un courant électrique) réagissent avec un aimant.
Dans la génératrice, la rotation de l'aimant crée un courant dans la bobine.
Un moteur utilise du courant électrique ; il utilise l'énergie électrique
fournie par la pile pour produire un mouvement.
La génératrice, elle, produit du courant ; c'est le mouvement de la bobine
dans l'aimant ou de l'aimant dans la bobine qui génère du courant
électrique dans le fil.
>
>
Faire produire du courant électrique par une génératrice demande donc une force,
une énergie.
Quelle énergie utilise-t-on dans une centrale hydraulique, thermique, nucléaire ;
qu'est-ce qu'une éolienne?
* Cette proposition suppose que les enfants ont déjà fait les expériences sur l'électroaimant.
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Piles
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21

éléments
d’exposition
PILES animation 1
objectifs
conditions
de réalisation
Voir à l’intérieur d’une pile
• La pile géante
• Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une pile?
• La pile humaine
• Vidéo "Le courant électrique"
s découvrir de quoi est constituée une pile de type "Leclanché".
s comprendre que le courant électrique est dû à une réaction chimique
entre deux électrodes de matériaux conducteurs différents plongeant
dans un électrolyte.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 15 à 20 minutes
Circuit fermé, conducteurs et isolants
matériel
nécessaire
?
?
z 1 er atelier
• petite planche de bois
• des supports d'ampoules et des ampoules de tension 4,5 V
• des piles "plates" 4,5 V
• des fils électriques avec embouts "pinces crocodiles"
• voltmètre
Pourquoi la lampe ne brille-t-elle pas ?
n Le circuit n'est pas fermé.
n Elle n'est pas reliée à la pile.
Pouvez-vous faire briller la lampe?
La lampe brille quand le circuit est constitué d'éléments conducteurs.
Dans ces matériaux (des métaux le plus souvent), les électrons ne sont
que faiblement liés aux noyaux des atomes et sont donc relativement
libres de se déplacer. C'est ce déplacement qui constitue le courant
électrique.
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22

PILES animation 1
?
Dans votre montage, à quoi sert la pile ?
La pile produit du courant électrique ; c'est un générateur de courant
électrique. Elle agit comme une pompe et pousse les électrons dans le
même sens, de la borne "-" à la borne "+ ".
?
?
ATTENTION ! Le sens conventionnel du courant est du "+" vers le "-".
Que fait la lampe?
Produit-elle du courant électrique?
La lampe utilise le courant électrique, c'est un récepteur comme
un moteur, une sonnette.
Son filament est traversé par le courant électrique, il chauffe, il brille.
Les bornes de la pile doivent être reliées aux bornes de la lampe.
?
>
>
Utilisation du voltmètre
À votre avis, à quoi sert cet appareil ?
À mesurer :
n les "volts"
n la force
n la puissance
n la tension de la pile
Vérifier avec une pile du commerce reliée au circuit.
Mesurer la tension aux bornes de la pile, aux bornes de la lampe, circuit ouvert,
circuit fermé.
Aux bornes d'une pile en état de fonctionnement, qu'elle soit seule
ou dans un circuit, la tension n'est pas nulle ; une pile est un générateur
de courant.
La tension aux bornes d'une lampe qui n'est pas placée dans un circuit
est toujours nulle ; une lampe est un récepteur de courant.
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PILES animation 1
Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une pile ?
matériel
nécessaire
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>
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z 2 ème atelier
• piles saline type "Leclanché" ouverte
Observer la pile ouverte.
Constater qu'elle est constituée de trois piles
rondes reliées en série.
Observer l'élément ouvert.
Reconnaître le bâtonnet de carbone (graphite),
pôle "+", le mélange pâteux (dioxyde de manganèse),
l'enveloppe de zinc, pôle "-".
Ces éléments (bâton de carbone et enveloppe de zinc que l'on présentera à part),
sont-ils conducteurs?
Les tester en les insérant dans un circuit.
ATTENTION ! Le carbone n'est pas un métal mais il est conducteur.
Et la pâte noire ? À quoi sert elle ?
On peut faire l'expérience en trempant l'enveloppe de zinc et le bâton de carbone
dans de l'eau vinaigrée et mesurer la tension générée.
La pile observée (pile saline type Leclanché) est constituée de deux électrodes
conductrices, l'une en carbone, l'autre en zinc plongeant dans un milieu
pâteux acide appelé électrolyte.
Il se produit une réaction chimique du zinc et du carbone au contact du milieu
acide. Quand on relie les deux électrodes par un conducteur, il y a déplacement
d'électrons du zinc vers le carbone et donc courant électrique.
Remarque : Les piles alcalines courantes au manganèse contiennent de la poudre
de zinc, un mélange d'oxyde de manganèse et de carbone, et de l'hydroxyde de
potassium comme électrolyte, le tout enfermé dans une boîte d'acier nickelé.
(L'électrode "-" est le zinc contenu dans la pâte de l'électrolyte, l'électrode "+" est
l'oxyde de manganèse en contact avec l'acier du corps de la pile.)
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éléments
d’exposition
PILES animation 2
objectifs
conditions
de réalisation
Fabriquer une pile
matériel
nécessaire
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Empilons nos piles
• Quelle pile choisir?
• Des piles en piles
• Quand le courant passe, ça électrolyse
• Vidéo "La pile", "Ça électrolyse"
s Savoir associer des piles en série pour obtenir la tension nécessaire
pour faire fonctionner un récepteur.
s Apprendre à utiliser un voltmètre et vérifier que les tensions des piles
en série s'ajoutent.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 10 à 15 minutes
z 1 er atelier
• citrons, pommes de terre
• différents métaux (fer, cuivre, zinc, aluminium…)
Nous allons fabriquer des piles ; que nous faut-il
pour cela ? (Renvoyer aux informations données
sur l'exposition).
Deux métaux différents : donner à observer et
nommer les différents métaux, évoquer leurs
caractéristiques et leurs usages courants.
Faire choisir à quelques-uns deux lames différentes.
Que nous manque-t-il?
Un "électrolyte".
Proposer citrons et pommes de terre comme électrolytes et inciter les enfants à
planter dedans les lames de métal.
n a-t-on fabriqué une pile?
n comment le savoir?
n qu'est-ce qu'on peut attendre d'une pile ?
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Tension aux bornes d'une pile
matériel
nécessaire
PILES animation 2
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z 2 ème atelier
• voltmètre
À votre avis, à quoi sert cet appareil?
À mesurer :
n les "volts"
n la puissance
n la tension du courant électrique.
Essayer avec une pile du commerce ; comparer la
tension indiquée sur la pile avec celle indiquée par
le voltmètre.
Mesurer la tension des différentes piles qu'on vient
de fabriquer.
En plongeant deux lames de métaux différents dans une solution acide,
on obtient une pile.
La tension aux bornes d'une pile n'est pas nulle même lorsqu'elle n'est pas
placée dans un circuit.
Association de piles
matériel
nécessaire
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z 3 ème atelier
• bocaux en plastique avec couvercle
• lames de cuivre, de zinc
• vinaigre
• fils électrique avec embouts pinces "crocodiles"
• des ampoules L E D (diodes) fixées sur une planche en bois
• voltmètre
Proposer de réaliser des piles plus performantes avec du
cuivre et du zinc et de l'eau salée ou vinaigrée.
Peut-on, avec l'une de nos piles, faire briller une petite diode?
Constater que la diode ne brille pas.
Pouvez-vous déterminer pourquoi la diode est "grillée" ?
La tester avec une pile du commerce.
Constater qu'il est nécessaire de la brancher dans un certain sens.
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PILES animation 2
>
>
?
Refaire le montage avec la pile "artisanale".
Inverser les branchements.
Faire d'autres hypothèses : notre pile n'est pas assez puissante, elle ne fournit pas
assez de courant électrique.
La diode et plus généralement tout récepteur ne fonctionne que si la tension
fournie par la pile est adaptée à la tension d'utilisation du récepteur.
Si la tension est inférieure, le récepteur ne fonctionne pas. Si elle est
supérieure, le récepteur risque d'être endommagé.
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?
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>
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Est-il tout de même possible de faire briller la diode avec nos piles?
Avez-vous chez vous des appareils ou des jouets à piles?
Amener les enfants à remarquer que souvent ces appareils nécessitent plusieurs
piles et à en déduire qu'il faudrait, nous aussi, que l'on utilise plusieurs de nos piles
"artisanales".
Laisser faire les raccordements puis faire observer.
Où sont les bornes de "la grosse pile" que l'on veut réaliser?
Vous semblent-elles correctes?
À quoi faut-il faire attention quand on met plusieurs piles dans un appareil?
Recommencer les connections avec plus de réflexion.
Constater que la diode brille (changer le sens si ça n'est pas le cas).
Proposer aux plus grands, avant de mesurer avec le voltmètre, de calculer (en
arrondissant) la tension aux bornes de notre "grosse pile".
La tension aux bornes de piles mises en série est égale à la somme des tensions
de chacune d'elles.
>
>
On peut finir en faisant observer l'intérieur d'une pile plate de 4,5V et constater
qu'elle comporte 3 éléments, 3 piles rondes de 1,5V branchées en série.
On fera remarquer que si les piles ne sont pas toutes semblables, elles sont conçues
sur ce principe de base : deux métaux différents (ou un métal et un composé d'un
autre métal ou un autre conducteur (carbone)) qui réagissent chimiquement au
contact d'une solution acide.
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éléments
d’exposition
PILES animation 3
objectif
conditions
de réalisation
Rappel
La pile de Volta
matériel
nécessaire
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La pile de Volta
• La pile géante
• Qu'y a-t-il à l'intérieur d'une pile?
s Comprendre, en réalisant l'expérience, que l'invention de Volta, est un
empilement de piles en série.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 15 minutes
Si les enfants n'ont pas suivi l'animation "empilons nos piles", reprendre la fabrication
de piles (cuivre, zinc et eau salée ou vinaigre), l'utilisation du voltmètre, l'association
de piles en série pour allumer une diode…
• rondelles de cuivre, de zinc percées en leur centre
• rondelles de tissus imbibés d’eau salée (ou de vinaigre) et percés au centre
• tige pour empiler les rondelles
• voltmètre
• diodes fixées sur une petite planche, vis à bois
• fils électriques
Connaissez-vous monsieur Volta ?
Qu'a-t-il inventé il y a près de 200 ans?
Qu'avons-nous pour essayer de faire
une pile comme celle de monsieur Volta?
Des rondelles de cuivre, des rondelles
de zinc.
Que nous manque-t-il?
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PILES animation 3
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Reprendre notre pile "artisanale" et constater qu'entre les deux lames de métal, il
nous faut un électrolyte, de l'eau salée ou vinaigre.
Laisser les enfants se mettre d'accord sur ce qu'il faut réaliser.
Leur demander, avant d'aller plus loin, de dire ce qu'ils ont réalisé en intercalant du
tissu imbibé d'eau salée (ou de vinaigre) entre une rondelle de cuivre et une
rondelle de zinc.
Comment mettre en évidence le fait qu'il s'agit d'une pile?
Mesurer la tension générée à l'aide du voltmètre.
Que pouvons-nous faire pour produire plus d'électricité et faire allumer la diode ?
Il faut associer plusieurs de ces petites piles.
Laisser les enfants manipuler et leur faire remarquer si nécessaire qu'il faut bien
mettre les piles dans le bon sens et ne pas mettre d'eau salée ou vinaigrée entre
deux piles.
Leur demander pendant qu'ils réalisent cette opération de dire ce qu'ils sont en
train de faire et leur faire remarquer qu'ils font une "pile" (pile d'assiettes, pile de
livres), d'où le nom de l'objet que l'on utilise actuellement.
Faire briller la diode.
Mesurer la tension aux bornes de la pile de Volta.
ATTENTION ! Il se produit rapidement un phénomène de polarisation (de l'hydrogène
se dégage autour de l'électrode de cuivre) qui diminue l'intensité du courant.
La découverte de monsieur Volta
?
Qu'avait donc découvert monsieur Volta?
Entre deux métaux différents, au contact d'une solution acide, il se produit
une réaction chimique qui libère des électrons.
Ces électrons circulent dans le fil conducteur extérieur à la pile.
?
?
Si nous laissons notre pile ainsi pendant un certain temps, que va-t-il se passer ?
L'eau va s'évaporer, la pile va sécher et ne fonctionnera plus.
Les piles que l'on utilise aujourd'hui sont-elles les mêmes que celle qu'avait réalisé
monsieur Volta ?
La pile Leclanché, du nom de son inventeur, contient un électrolyte pâteux, une
électrode en zinc (le corps de la pile) et une électrode en carbone (bâton central).
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PILES animation 3
Il existe aujourd'hui de nombreuses sortes de piles (on peut énumérer celles que
l'on connaît) ; elles sont différentes mais conçues selon le principe découvert par
Volta : deux métaux différents (ou un métal et un composé d'un autre métal ou un
conducteur d'une autre nature - carbone) qui réagissent chimiquement au contact
d'une solution acide.
On peut mettre en garde sur le fait de vouloir ouvrir les piles (danger de brûlure
par l'acide) ou de les disperser dans la nature (elles contiennent des métaux et des
produits chimiques dangereux pour l'environnement; il faut donc les rapporter chez
le bijoutier ou au bureau de tabac).
Les piles alcalines courantes au manganèse contiennent de la poudre de zinc, un
mélange d'oxyde de manganèse et de carbone, et de l'hydroxyde de potassium
comme électrolyte, le tout enfermé dans une boîte d'acier nickelé.
L'électrode "-" est le zinc contenu dans la pâte de l'électrolyte, l'électrode "+" est
l'oxyde de manganèse en contact avec l'acier du corps de la pile.
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éléments
d’exposition
PILES animation 4
objectif
conditions
de réalisation
matériel
nécessaire
Rappel
?
>
>
>
Électrolyse
• Quand le courant passe, ça électrolyse
• Vidéo "Ça électrolyse"
s Constater que certains liquides laissent passer le courant, d'autres non.
s Constater que le passage du courant dans l'eau produit des réactions
chimiques et le dégagement de gaz.
Lieu : en dehors de l'élément d'exposition
Âge : à partir de 8 ans
Nombre d'enfants : 8
Durée : 15 minutes
• bocaux en plastique avec couvercle
• deux gros clous
• vinaigre, huile, eau salée, eau
• pile 4.5 V - fils électriques
• diode fixée sur une petite planche en bois
Pouvez-vous réaliser un branchement qui permette de faire briller la petite diode ?
On peut aussi essayer d'allumer les autres diodes en série.
Constater qu'elles doivent être traversées par le courant dans un certain sens.
Rappeler les notions de circuit fermé, conducteurs.
Les liquides sont-ils conducteurs ?
?
>
Quel montage pourrait-on faire
pour savoir si le courant électrique
passe à travers le vinaigre, l'huile,
l'eau salée, l'eau?
Faire expliciter le montage avant
de faire les essais de réalisation.
© Cité des Sciences et de l’Industrie 1999 - Tous droits de reproduction interdits ÉLECTRICITÉ • GUIDE DE L’ANIMATION 2
31

PILES animation 4
Certains liquides conduisent le courant électrique (eau salée, vinaigre…),
d'autres non (huile...).
?
>
Pouvez-vous tester si les liquides conduisent plus ou moins bien l'électricité?
Faire les essais avec une diode, trois diodes en série, quatre.
Les liquides sont plus ou moins bons conducteurs de l'électricité : l'eau
du robinet n'est que faiblement conductrice, l'eau salée conduit beaucoup
mieux le courant.
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?
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Électrolyse
?
?
?
>
Et notre corps, est-il conducteur?
Avez-vous fait l'expérience sur l'exposition?
Pourquoi à votre avis notre corps est-il conducteur ?
Pourquoi, avec le courant de la maison peut-on s'électrocuter ?
On peut élargir le propos en parlant de la foudre, de l'air, du bois humide de l'arbre
qui conduit l'électricité de très haute tension des éclairs…
Avez-vous observé quelque chose de particulier quand le courant traverse l'eau?
Réalisez un montage où l'électricité passera dans l'eau.
Observer, avec la loupe si nécessaire, ce qui se passe sur les clous.
Constater le dégagement de bulles et faire expliciter.
Quand le courant électrique passe dans l'eau, des réactions chimiques
se produisent aux électrodes ; on observe un dégagement de gaz (bulles)
sur chacune d'elles. Le courant électrique décompose l'eau en dihydrogène
sur l'électrode liée à la borne négative et de l'oxygène sur l'autre électrode.
© Cité des Sciences et de l’Industrie 1999 - Tous droits de reproduction interdits ÉLECTRICITÉ • GUIDE DE L’ANIMATION 2
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