Dans ce laboratoire, vous apprendrez les fondamentaux de la construction, de la mesure et de l'analyse de circuits électriques. Avant de commencer, familiarisez-vous avec l'environnement et les outils mis à disposition. En suivant des instructions étape par étape, vous construirez un circuit simple, mesurerez ses propriétés et appliquerez des lois électriques fondamentales.
Objectifs Éducatifs
- Comprendre la fonction des composants électroniques : Acquérir des connaissances sur le rôle des composants tels que les platines d'expérimentation, les sources d'alimentation, les résistances et les multimètres dans un circuit.
- Apprendre la construction de circuits : Maîtrisez les techniques de construction d'un circuit sur une platine d'expérimentation, en assurant des connexions et des configurations correctes.
- Mesurer les propriétés du circuit : Utilisez un multimètre pour mesurer les propriétés électriques clés, notamment la tension et la résistance, tout en comprenant leur importance.
- Appliquer les lois d'Ohm et de Kirchhoff : Analyser le circuit mathématiquement en appliquant ces principes fondamentaux pour déterminer la résistance, la tension et le courant.
- Développer des compétences en résolution de problèmes : Apprenez à dépanner les configurations de circuits, à interpréter les résultats de mesure et à vérifier vos observations par rapport aux prédictions théoriques.
- Documenter et sauvegarder les données expérimentales : Utilisez des outils numériques pour enregistrer, sauvegarder et analyser les schémas de circuits et les mesures pour référence future.
Protocole
Devant vous, il y a une platine d'expérimentation, une alimentation électrique et un multimètre.
- La platine d'expérimentation est le grand panneau blanc devant vous. C'est un outil qui permet de construire un circuit facilement. Tout ce qui se trouve dans une colonne numérotée est connecté à tout le reste de cette colonne. La même chose est vraie pour les rangées X et Y.
- L'alimentation est la boîte grise sur l'étagère. Elle ressemble à une prise électrique ! Elle fournit l'énergie nécessaire à nos circuits.
- Le multimètre est le rectangle avec des contours orange. C'est un outil qui permet d'étudier le courant ainsi que la tension de votre circuit.
À votre droite se trouvent des bacs contenant divers composants électroniques. Dans cette expérience, vous n'aurez accès qu'à des fils et des résistances.
Construction du circuit
- Prends deux fils de la poubelle et place-les devant toi.
- Prenez l'extrémité d'un des fils et connectez-la à la borne noire de l'alimentation.
- Prenez l'autre extrémité du même fil et connectez-la sur la rangée X de la plaque d'essai.
- Prenez une extrémité de l'autre fil et connectez-la à la borne rouge de l'alimentation.
- Prenez l'autre bout de ce même fil et connectez-le sur la rangée Y de la plaque d'essai.
L'alimentation est maintenant connectée à la platine d'expérimentation. Il est maintenant possible d'utiliser les rangées A à E pour réaliser l'expérience.
- Allumez l'alimentation électrique à l'aide de l'interrupteur et notez la valeur affichée sur l'alimentation.
- Prenez un fil et connectez-le de la rangée X à l'emplacement A-10.
- Prenez la résistance mystère sur l'étagère devant vous et connectez-la de B-10 à B-11.
- Prenez une résistance dans le bac à votre droite et connectez-la de C-11 à C-12
- En utilisant le guide des couleurs, notez la résistance de la résistance.
- Prenez un fil et connectez-le de E-12 à la rangée Y.
Vous avez construit votre premier circuit ! Ce circuit aurait pu être construit de bien d'autres façons. Ici, la configuration exacte a été fournie mais l'important est seulement de respecter les branchements du breadboard tels qu'illustrés sur l'affiche sur la table.
Sauvegarde d'un circuit
- En bas à droite du menu principal de cette tablette, vous trouverez un bouton qui permet de visualiser le circuit. Une fois dans cette interface, vous pouvez voir un schéma représentant le circuit que vous venez de créer. Dans cette interface, deux boutons sont accessibles. L'un pour sauvegarder l'image dans les résultats, l'autre pour changer le type d'affichage en caméra.
- Enregistrer le schéma et la vue de la caméra du circuit.
Mesurer un circuit
Maintenant que le circuit est construit, il faut l'étudier ! Pour ce faire, vous devez utiliser le multimètre.
- Prenez un fil et connectez-le à la prise centrale (COM) du multimètre.
- Prenez un autre fil et connectez-le à la borne jack droite (VHz) du multimètre.
- Assurez-vous que le cadran central pointe vers V.
- Vous êtes maintenant prêt à mesurer la tension de votre résistance, pour ce faire, prenez les deux extrémités restantes des fils et connectez-les aux emplacements D-11 et D-12.
Enregistrer le schéma du circuit
- Coupez l'alimentation électrique
- En utilisant la résistance et la tension notées, utilisez la loi d'Ohm pour calculer le courant dans la résistance connue et donc dans le circuit.
- Avec la tension mesurée et la tension fournie par l'alimentation, utilisez la seconde loi de Kirchhoff pour calculer la tension de la résistance mystère.
Vous connaissez maintenant la tension et le courant de la résistance mystère. Utilisez la loi d'Ohm pour découvrir sa résistance.
- Envoyez les résultats
Résultats attendus
Les résultats sont trouvés en suivant ce lien
- Compréhension des composants de circuit
- Les participants reconnaîtront la fonction et l'importance de divers éléments de circuit, notamment les platines d'expérimentation, les résistances, les sources d'alimentation et les multimètres.
- Maîtrise de l'assemblage de circuits de base
- En suivant le protocole, les participants construiront avec succès un circuit électrique fonctionnel à l'aide d'une platine d'expérimentation, de fils et de résistances.
- Application pratique des outils de mesure
- Les élèves gagneront en confiance dans l'utilisation d'un multimètre pour mesurer la tension et le courant, renforçant ainsi leur compréhension des propriétés électriques.
- Application des lois d'Ohm et de Kirchhoff
- Les participants appliqueront des principes théoriques pour calculer le courant, les chutes de tension et la résistance, en reliant les concepts mathématiques aux observations physiques.
- Amélioration des compétences en résolution de problèmes
- Les étudiants dépanneront et corrigeront les erreurs de configuration de circuit, développant ainsi les compétences de pensée critique nécessaires aux applications pratiques en physique et en ingénierie.
- Appréciation pour la précision et l'enregistrement des données
- En sauvegardant les schémas des circuits et en documentant les résultats, les étudiants comprendront l'importance de la précision et de la reproductibilité dans les expériences scientifiques.
- Lier la théorie à la pratique
- Les participants combleront le fossé entre la théorie en classe et l'application dans le monde réel, acquérant ainsi une appréciation plus profonde de la pertinence des concepts électriques dans la technologie quotidienne.
Signification et leçons apprises :
- Comprendre les circuits électriques
Acquérez une compréhension pratique de la façon dont les composants électriques interagissent pour créer des circuits fonctionnels. - Techniques de mesure précises
Apprendre à utiliser un multimètre et enregistrer des données fiables pour l'analyse de circuits. - Application des lois théoriques
Appliquez les lois d'Ohm et de Kirchhoff à des problèmes du monde réel, renforçant ainsi les connaissances théoriques par l'application pratique. - Dépannage systématique
Développer des compétences dans l'identification et la résolution des problèmes d'assemblage et de mesure de circuits. - Enregistrement et analyse des données
Apprendre à documenter et analyser systématiquement les résultats expérimentaux, en assurant la reproductibilité et l'exactitude. - Cette activité offre une introduction complète à l'assemblage de circuits, encourageant à la fois l'expérimentation pratique et la pensée analytique. Avec ces compétences fondamentales, vous êtes bien préparé à explorer des sujets avancés en génie électrique et en physique.
Résumé du devoir par tranche d'âge
6e-8e année (Collège) :
Concentre-toiIntroduction de base aux composants de circuit et à l'assemblage.
Activités: Familiarisation avec les platines d'expérimentation, les fils et les résistances. Assemblage pratique d'un circuit simple et observation des propriétés électriques de base
Résultats d'apprentissage:
- Comprendre les concepts et la terminologie de base des circuits.
- Introduction à l'utilisation d'un multimètre pour mesurer la tension.
- Développer des compétences de base en dépannage et de la confiance dans l'assemblage de circuits.
De la 9e à la 10e année (Collège) :
Focalisation Exploration intermédiaire des propriétés et mesures des circuits.
Activités: Construction d'un circuit avec une résistance mystère et mesure de la tension et de la résistance. Application de la loi d'Ohm pour calculer le courant.
Résultats d'apprentissage:
- Appliquer des concepts théoriques à des mesures pratiques.
- Développer une compréhension plus approfondie du comportement des circuits, y compris les chutes de tension et le flux de courant.
- Enregistrer et analyser les résultats expérimentaux de manière systématique.
11e-12e années (Lycée) :
Focalisation Analyse avancée et application des principes électriques.
Activités : Mesure de la tension et de la résistance, calcul du courant à l'aide de la loi d'Ohm et analyse d'une résistance mystère à l'aide des lois de Kirchhoff.
Résultats d'apprentissage :
- Maîtriser l'usage d'un multimètre pour des mesures précises.
- Analyser les circuits mathématiquement pour comprendre le comportement électrique.
- Interpréter les données expérimentales pour résoudre les inconnues, reliant les résultats aux lois théoriques.
- Documenter les résultats de manière exhaustive et articuler les conclusions dans un format structuré.
Cette approche graduelle garantit que les étudiants de tous niveaux s'engagent de manière significative dans le laboratoire, développant leurs compétences progressivement et se préparant à des défis plus complexes en physique et en génie électrique.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Multimètre
- Connexion de fils
- Résistances
- Platine d'expérimentation
- Alimentation électrique
- Tableau des codes des couleurs des résistances
Produits
- Résistances inconnues avec codes couleur distincts
Diagramme
