Des chaînes énergétiques sur la paillasse
Problème : Quelles conversions d'énergie réalisent des appareils simples, et où passe l'énergie « perdue » ?
Durée : 55 min · Travail en binôme
🧰 Matériel (par binôme)
- Atelier 1 : 1 pile 4,5 V, 1 petit moteur avec poulie, 1 fil, 1 masse de 50 g, 1 règle
- Atelier 2 : 1 dynamo à manivelle (ou dynamo de vélo), 1 lampe 6 V
- Atelier 3 : 1 cellule photovoltaïque, 1 petit moteur avec hélice, 1 lampe de bureau
- Atelier 4 : 1 lampe à incandescence 25 W et 1 lampe LED (même culot) sur douille protégée, 1 thermomètre à affichage (ou thermomètre infrarouge)
- Chronomètre
⚠️ Sécurité
- Atelier 4 : ne jamais toucher l'ampoule à incandescence (brûlure) ; la douille est branchée sur le secteur par le professeur uniquement, les élèves n'y touchent pas.
- Ne pas regarder directement la lampe de bureau de près.
- Ne pas court-circuiter la pile.
🧪 Protocole
- Atelier 1 : branche le moteur sur la pile ; il enroule le fil et soulève la masse. Observe et touche le moteur au bout d'une minute.
- Atelier 2 : tourne la manivelle de la dynamo branchée sur la lampe, doucement puis vite. Note ce que tu observes et ressens.
- Atelier 3 : éclaire la cellule avec la lampe de bureau à 20 cm puis à 40 cm ; observe la rotation de l'hélice.
- Atelier 4 (démonstration encadrée) : le professeur allume les deux lampes ; mesure la température à 5 cm de chaque ampoule à t = 0 puis toutes les minutes pendant 4 minutes.
- Pour chaque atelier, dessine la chaîne énergétique en précisant énergie utile et pertes.
Schéma du montage
📝 Résultats et exploitation
| t (min) | 0 | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| θ près de la lampe à incandescence (°C) | |||||
| θ près de la LED (°C) |
1. Pour chaque atelier, dessine la chaîne énergétique (réservoir, convertisseur(s), formes d'énergie, utile / perdue).
2. Atelier 2 : pourquoi faut-il tourner plus vite pour que la lampe brille plus ?
3. Atelier 3 : comment évolue la rotation de l'hélice quand on éloigne la lampe ? Interprète.
4. Atelier 4 : quelle lampe a le plus de pertes thermiques ? Justifie avec tes mesures.
5. Conclus : à quoi reconnaît-on, dans la vie courante, qu'un appareil a des pertes ?