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Situation d’apprentissage et d’évaluation
Science et technologie ou Science et technologie de l’environnement Applications technologiques et scientifiques ou Science et environnement
2e année du 2e cycle
L’eau de pluie : une ressource naturelle à récupérer
Guide de l’enseignant
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
2
Canevas d’élaboration d’une situation d’apprentissage et d’évaluation
1. INFORMATIONS GÉNÉRALES
Titre : L’eau de pluie : une ressource naturelle à récupérer
Discipline(s) : ST et ATS
Auteur(s) : -Marie-Eve Comeau, CSTL -Aude Laflèche, CSTL -Marie-Josée Simard,CSTL -Chantal Arpin, CSP -Danielle Hubert, CSP
Cycle : Année du cycle : 2
e 2
e
Modalité : Individuel Atelier coopératif Travail en équipe
Nombre de coéquipiers : 2
Durée : 7 périodes
2. INTENTION ET PRÉALABLES
Intention : Développer les trois compétences disciplinaires
Préalables scientifiques et techniques : Les concepts prescrits du 1er cycle et de la 1
re année du 2
e cycle.
Fonction de l’évaluation : Aide à l’apprentissage Reconnaissance de compétence
3. ÉLÉMENTS DU PROGRAMME DE FORMATION CIBLÉS
3.1 Domaines généraux de formation et leurs axes de développement
Santé et bien-être Conscience de soi et de ses besoins fondamentaux; Mode de vie actif et comportement sécuritaire ; Conscience des conséquences de ses choix personnels pour sa santé et son bien-être.
Orientation et entrepreneuriat Conscience de soi, de son potentiel et de ses modes d’actualisation ; Appropriation des stratégies liées à un projet ; Connaissance du monde du travail, des rôles sociaux, des métiers et des professions.
Environnement et consommation Connaissance de l’environnement ; Consommation et utilisation responsables de biens et de services ; Construction d’un environnement viable dans une perspective de développement durable ; Conscience des aspects sociaux, économiques et éthiques du monde de la consommation.
Médias Constat de la place et de l’influence des médias dans sa vie quotidienne et dans la société ; Appréciation des représentations médiatiques de la réalité ; Appropriation des modalités de production de communication médiatique ; Connaissance et respect des droits et responsabilités individuels et collectifs relativement aux médias.
Vivre-ensemble et citoyenneté Valorisation des règles de vie en société et des institutions démocratiques ; Engagement, coopération et solidarité ; Contribution à la culture de la paix.
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
3
3.2 Compétences transversales développées D'ORDRE INTELLECTUEL
Exploiter l'information Résoudre des problèmes Exercer son jugement critique Mettre en œuvre sa pensée créatrice
D'ORDRE PERSONNEL ET SOCIAL
Actualiser son potentiel Coopérer
D'ORDRE MÉTHODOLOGIQUE
Se donner des méthodes de travail efficaces Exploiter les TIC
DE L'ORDRE DE LA COMMUNICATION
Communiquer de façon appropriée
3.3 Compétences évaluées en science et en technologie et critères d’évaluation C1-Chercher des réponses ou des solutions à des problèmes d’ordre scientifique ou technologique
CD1.CÉ1 Représentation adéquate de la situation CD1.CÉ2 Élaboration d’un plan d’action pertinent, adapté à la situation CD1.CÉ3 Mise en œuvre adéquate du plan d’action CD1.CÉ4 Élaboration de conclusion, d’explication ou de solutions pertinentes
C2-Mettre à profit ses connaissances scientifiques et technologiques CD2.CÉ1 Formulation d’un questionnement approprié CD2.CÉ2 Utilisation pertinente des concepts, des lois, des modèles et des théories de la science et de la technologie CD2.CÉ3 Production d’explications ou de solutions pertinentes CD2.CÉ4 Justification adéquate des explications, des solutions, des décisions ou des opinions
C3-Communiquer à l’aide des langages utilisés en science et en technologie CD3.CÉ1 Interprétation juste de messages à caractères scientifique ou technologique CD3.CÉ2 Production ou transmission adéquate de messages à caractère scientifique ou technologique CD3.CÉ3 Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie
3.4 Univers, concepts prescrits (ATS, ST et STE), stratégies, attitudes et technologie
Univers Terre et espace Lithosphère - Minéraux - Horizons du sol (profil) - Ressources énergétiques Hydrosphère - Bassins versants - Ressources énergétiques
Univers matériel : Électricité - Charge électrique - Circuits électriques Électromagnétisme - Forces d’attraction et de répulsion - Champ magnétique d’un fil parcouru par un courant
électrique - Le champ magnétique d’un solénoïde (STE) - L’induction électromagnétique (ATS)
Univers technologique Langage des lignes (ATS) - Projection orthogonale à vues multiples (dessin
d’ensemble) - Cotation fonctionnelle Ingénierie mécanique - Caractéristiques des liaisons des pièces
mécaniques - Fonction de guidage - Construction et particularités du mouvement des
systèmes de transmission de mouvement (roue de friction, poulies et courroie, engrenage, roues dentées et chaînes, roue et vis sans fin)
- Changement de vitesse - Particularité du mouvement des systèmes de
transformation du mouvement - Adhérence et frottement entre les pièces (ATS) Ingénierie électrique - Fonction d’alimentation - Fonction de conduction, d’isolation et de
protection - Fonction de commande - Fonction de transformation de l’énergie Matériaux - Contraintes - Types et propriétés - Modification des propriétés
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
4
4. DESCRIPTION DE LA SITUATION
Mise en situation proposée à l’élève:
L’eau de pluie : une ressource naturelle à récupérer
Mise en situation Les changements climatiques font de plus en plus les manchettes. Ils inquiètent les chercheurs, mais aussi les citoyens. Les climatologues prévoient une augmentation des pluies diluviennes d’ici 2050 ce qui entraînera des refoulements d’égouts plus fréquents. La ville de Montréal fait appel à la contribution des citoyens. L’objectif est de diminuer la quantité d’eau rejetée dans les égouts. Un dispositif pourrait être conçu en vue de récupérer l’eau de pluie qui s’écoule des gouttières avant d’être rejetée dans les égouts fluviaux. Certains citoyens envisagent même d’intégrer un moyen de produire de l’électricité en utilisant l’eau de pluie.
Mandat 1 : Mandat 2 :
Ressources (matériel, personnes, TIC…) et références utiles : Manuel de l’élève Voir la webographie
Production attendue : peut différer d’une équipe à l’autre
Production orale : Exposé Sketch humoristique Vidéo
Production écrite : Affiche Langage des lignes (croquis, perspective, projection) Page web Rapport de recherche Rapport de laboratoire Texte (argumentatif, informatif, d’opinion…) dessin
Autre : Collage Maquette Prototype (dispositif)
Vous aurez à concevoir un dispositif fonctionnel qui convertit l’énergie mécanique (provenant de l’eau) en énergie électrique. Vous devez noter que votre système sera mis à l’épreuve! La conception doit répondre aux exigences du cahier des charges.
Vous aurez à faire des recommandations aux citoyens qui aimeraient réduire le ruissellement pluvial et mieux l’utiliser dans leur cour, en vue d’assurer un bon drainage de leur terrain.
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
5
5. OBJETS CIBLÉS AUX FINS D’ÉVALUATION ET OUTILS D’ÉVALUATION
5.1 Objets ciblés CD1 Dispositif CD2 Recommandations
5.2 Outils d’évaluation
Outils pour la prise d’information Grille d’observation Liste de vérification Entrevue individuelle Entrevue de groupe Autres :
Outils de consignation
Journal de bord de l’enseignant Cahier de l’élève Portfolio de l’élève Autres
Modèle et explications
Types d’évaluation Autoévaluation Évaluation par les pairs Évaluation par l’enseignant
6. DÉROULEMENT DE LA SITUATION PHASES DE LA DÉMARCHE D'ENSEIGNEMENT/APPRENTISSAGE
6.1 Préparation des apprentissages Durée : 1 cours Mise en situation, activation des connaissances antérieures, aide aux élèves à se mettre en action
-Visionnement d’un segment d’épisode de l’émission du 20 octobre 09 du Code Chastenay portant sur les changements climatiques (émission 39). Ce segment s’intitule : Préparer les villes pour les changements climatiques http://lecodechastenay.telequebec.tv/ Plus particulièrement le segment à l’adresse suivante : http://lecodechastenay.telequebec.tv/occurrence.aspx?id=198&ep=45 Pour la suite, voir l’ANNEXE 1 pour le déroulement de la situation. Résumé du reportage Au printemps dernier, dans les grandes villes du Québec, les épisodes de refoulement des égouts et d’inondations se sont succédé. Et ça ne fera qu’empirer avec les changements climatiques, nous disent les scientifiques du Centre de recherche OURANOS, qui prévoient davantage d’averses torrentielles dans les prochaines décennies.
Que faire pour se préparer à l’avenir? Alain Mailhot, professeur en génie civil à l’Institut national de la recherche scientifique au Centre Eau, Terre et Environnement (INRS-ETE), a pour mandat de repenser de A à Z la stratégie de drainage urbain à Montréal. Pour se faire, à l’aide de photos satellites et des plans d’urbanisme de la ville, son équipe a d’abord modélisé l’ensemble du réseau de drainage actuel dans un quartier de Montréal. Ce modèle servira ensuite à évaluer des solutions d’ingénierie novatrices ainsi que leur rapport coût/bénéfices.
Les chercheurs pourront, par exemple, évaluer l’efficacité de détournements de gouttières vers des terrains gazonnés ou l’aménagement des parcs servant à accumuler une partie de l’eau des pluies. Ils pourront aussi déterminer quelle tuyauterie il faudra changer sans déplacer le problème.
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
6
6.2 Réalisation des apprentissages Durée : 7 périodes
Voir l’ANNEXE 1 à la page 8.
6.3 Intégration des apprentissages Durée : 1 période Objectivation, retour sur les apprentissages (connaissances, habiletés, stratégies), transfert, évaluation
L’enseignant fait un retour sur la situation et pourrait ensuite animer une discussion en groupe classe afin de sensibiliser les élèves sur l’importance des gestes à poser afin de minimiser les impacts des changements climatiques sur nos vies. www.deficlimat.qc.ca
7. PROLONGEMENT ET AUTRES PRÉOCCUPATIONS
7.1 Réinvestissement Proposez-vous un réinvestissement de la SAE dans le cadre de l’enseignement ? Si oui, comment ?
-Lire des articles ou visionner un clip d’environnement Canada -Visionner différents reportages de l’émission Découverte http://www.radiocanada.ca/actualite/v2/decouverte/index.shtml -Présenter le livre suivant : Villeneuve, Claude, Richard, François. Vivre les changements climatiques (Réagir pour l'avenir). Éditions MultiMondes, 449 pages.
7.2 Régulation (ajustements possibles) Envisagez-vous des moyens de différenciation
Pour les élèves ayant de la difficulté à créer un dispositif, il est possible de lui présenter une gamme de fabrication
Pour les élèves doués, on propose que le dispositif soit mis en action par une chute d’eau réelle (robinet d’évier)
8. ANNEXES page
8.1 Déroulement de la situation 7
8.2 Liste de matériel périssable et non périssable 8
8.3 Modification du moteur MIM en générateur de courant alternatif 9
8.4 Photos de différents dispositifs 31
8.5 Webographie 34
8.6 Dossier LABORATOIRES :
Ingénierie électrique 35
Absorption de l’eau dans les horizons du sol 41
Fiche d’étude : Mécanisme de transmission de mouvement 52
Analyse de la machine à bulles 56
De l’électricité pour la planète 68
8.7 Grille d’évaluation 72
8.8 Cahier de l’élève ATS 73
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
7
Déroulement de la situation Préalables :
L’électricité
Les liaisons des pièces mécaniques
vidéos d’Hydro-Québec
o « Comprendre l’électricité »
o « Comprendre le courant continu »
o « Comment la force de l’eau produit de l’électricité ».
Vous retrouverez ces vidéos et biens d’autres sur le site suivant :
http://www.hydroquebec.com/comprendre/videos.html?p=courant-continu
Activités préalables (De l’électricité pour la planète)
Période 1 : Présentation de la situation
Vidéo du Code de Chastenay (récupération de l’eau de pluie, épisode 39) à l’adresse suivante : http://video.telequebec.tv/video/1975
Remise du cahier de l’élève
Visionnement de vidéos d’Hydro-Québec http://www.hydroquebec.com/comprendre/videos.html?p=courant-continu
Laboratoire Ingénierie électrique (fabrication d’un petit moteur)
Rappel : apporter des matériaux de la maison au besoin
Période 2 : Laboratoires (sous forme de poste à visiter)
Laboratoire : Absorption de l’eau dans les horizons du sol
Activité I : Fiche d’étude des engrenages
Activité II : L’analyse de la machine à bulles
Rappel : apporter des matériaux de la maison au besoin
Période 3 : Conception en classe atelier
Prendre connaissance du cahier de l’élève pages 1 à 4 (cahier des charges)
Mise en action des élèves
Périodes 4 et 5 : Conception
Cahier de l’élève pages 5 et 6
Rappeler aux élèves de chercher des informations pour leur recommandation
Période 6 :
L’heure de vérité!
Vérifier l’efficacité des prototypes
Finaliser le cahier de l’élève
Recommandation : cahier de l’élève page 8
Période 7 : Intégration (retour sur la SAÉ, animer une discussion en lien avec les changements climatiques)
ANNEXE 1
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
8
Liste de matériel périssable et non périssable
Voici une liste de matériel à proposer aux élèves pour la conception du dispositif :
Bois;
Goujons de bois;
Tige (exemple cintre en métal)
Coroplaste;
Carton plume;
Carton;
Engrenages;
Poulies
Colle à bois;
Colle chaude;
Vis;
Rondelles;
Bouchon de liège;
Œillets;
Tube flexible en vinyle 1/8’’ int.
Tout autre matériel disponible en classe;
Tout autre matériau recyclé provenant de la maison
Générateur de courant alternatif (MIM du CDP) est donné aux élèves. Ils n’ont pas à le fabriquer.
Le générateur de courant alternatif peut être fabriqué par un TTP ou par des élèves d’un autre programme à partir du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP. Vous trouverez toutes les informations nécessaires à la fabrication du moteur MIM sur le site du CDP à l’adresse suivante : http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/pages/activites_secondaire_2ecycle.html Vous devrez ensuite le modifier légèrement (
Générateur de courant alternatif (modification du MIM du CDP) Note : À la fin du dossier technique sur la fabrication du MIM, vous retrouverez une liste de coordonnées utiles à la fabrication du générateur.
ANNEXE 2
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
9
DOSSIER TECHNIQUE DU
GÉNÉRATEUR DE CA
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du
CDP par MJSimard, CSTL
ANNEXE 3
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
10
TABLE DES MATIÈRES
1. Nomenclature du MIM
2. Gabarit du rotor
3. Fabrication de la base du générateur de CA
4. Fabrication des supports de l’arbre du rotor
5. Fabrication de l’électroaimant
6. Fabrication du rotor
7. Gamme d’assemblage du générateur
8. Capsules de sécurité en atelier
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
11
Percer Ø 5 ou 3/16
Moteur à Interrupteur Magnétique TITRE :
DATE : 10 NOV. 2009 NON À L’ÉCHELLE
N° 1 TOLÉRANCE GÉNÉRALE : ± 1mm
NOMENCLATURE
REP
DÉSIGNATION
NB OBSERVATIONS
4 Butée du solénoïde 2 Polystyrène 35 x 35 x 3
3 Rotor 1 Pin 50 x 50 x 16
2 Support de l’arbre du rotor 2 Polystyrène 90 x 105 x 3
1 Base du moteur 1 Latte de pin 64 x 90 x 16
5 Arbre du rotor 1 cintre (environ 1/8 , long. 150
6 Aimant 8 Aimants toriques en terre rare
extérieur 1/2 intérieur 1/4
7 Noyau du solénoïde 1 Vis 1/4 x 20 x 1 1/2
8 Rondelle 4 Rondelle plate n 8
9 Solénoïde 1 Fil de cuivre émaillé. jauge 28
10 Vis à tête fraisée 8 Vis à bois n 8 X 5/8
11 Tube butoir 2 Tube flexible en vinyle 1/8 int.
12 Vis à tête ronde 4 Vis à bois N 6 x 3/4
2
6
10
1
3
12
8
9
7
4
5
11
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
12
Gabarit du rotor
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45
48
48
14
24
24
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
13
Percer Ø 5 ou 3/16
Moteur à Interrupteur Magnétique TITRE :
DATE : 10 NOV. 2009
NON À L’ÉCHELLE
N 2
1 - DESSIN DE DÉTAIL DE LA BASE
90
16
PERCER DIAM. 5,5 (7/32 )
45
64 (2,5 )
2 - DESSIN DE DÉTAIL DU SUPPORT DE L’ARBRE DU ROTOR
45
90
8
25
24
PERCER 3 TROUS DIAM. 3,5 (9/64 )
TOLÉRANCE GÉNÉRALE :
± 1mm
25
32
75 +0
1
105 +1
0
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
14
GAMME DE FABRICATION ÉLÉMENT : BASE
ENSEMBLE : Moteur à Interrupteur
Magnétique (MIM)
GAMME : 1 FEUILLE : 1 de 2
DESSIN : 2 MATÉRIAU : Pin
NOMBRE : 1
No PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
10
11
TRAÇAGE
Dans une latte de pin, tracer une ligne à
90 mm de longueur.
- Règle
- Crayon
- Équerre
20
21
30
31
40
41
SCIAGE
À l’aide d’une boîte à onglets, scier la
base en respectant le tracé.
PONÇAGE
Poncer les arêtes.
PERÇAGE
Trouver le centre du bloc en traçant
deux diagonales.
- Scie à dos
- Boîte à onglets
- Papier de verre
- Règle
- Crayon
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
15
GAMME DE FABRICATION DE LA BASE FEUILLE : 2 de 2
NO
PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
42
43
Pointer le centre du trou.
À l’aide d’un foret de Ø 5,5,
percer le trou au centre de la pièce.
- Pointeau
- Marteau
- Foret Ø 5,5
- Perceuse sensitive
- Lunettes de
sécurité
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
16
GAMME DE FABRICATION ÉLÉMENT : SUPPORT DE L’ARBRE
DU ROTOR
ENSEMBLE : Moteur à Interrupteur
Magnétique (MIM)
GAMME : 2 FEUILLE : 1 de 1
DESSIN : 2 MATÉRIAU :
Polystyrène NOMBRE : 2
No PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
10
11
TRAÇAGE
Dans une bande de polystyrène et à
l’aide du dessin de détail no2, tracer
deux fois le support. Attention! Tenir compte des tolérances
spécifiques sur le dessin no2, elles rendront
votre conception plus facile.
- Règle
- Crayon
- Équerre
- Dessin de
détail no2
20
21
22
30
31
32
33
34
DÉCOUPAGE
À l’aide d’un couteau à plastique,
découper le contour de chaque support.
Finir les contours au grattoir et au papier
de verre.
PERÇAGE
À l’aide du dessin de détail no 2,
marquer l’emplacement des trous à
percer. Attention! Tenir compte des tolérances
spécifiques sur le dessin no2, elles rendront
votre conception plus facile.
Coller momentanément les deux
supports pour les percer ensemble.
Pointer et percer tous les trous au Ø 3,5.
Décoller les deux pièces.
- Couteau à
plastique
- Règle sécuritaire
- Grattoir
- Papier de verre
- Règle
- Crayon
- Dessin de
détail no2
- Ruban cache
- Pointeau
- Marteau
- Foret Ø 3,5
- Foret Ø 5
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
17
Moteur à Interrupteur Magnétique TITRE :
DATE : 12 NOVEMBRE 2009 NON À L’ÉCHELLE
NO 3
Percer Ø 5 ou 3/16
TOLÉRANCE GÉNÉRALE :
± 1mm
DESSIN DE SOUS-ENSEMBLE (ÉLECTROAIMANT)
4 - DESSIN DE DÉTAIL DES BUTÉES
35
35
5
Percer 2 trous
1,5 (1/16 )
Percer 5,5
17,5
5 5
5
17,5
3
Percer 3 (1/8 ) (Assemblage serré avec l’axe)
3 - DESSIN DE DÉTAIL DU ROTOR
45
14
16
24
24
48 +0
1
48 +0
1
Solénoïde fabriqué à
l’aide d’un fil de cuivre
émaillé, jauge 28.
4 7
25
15 +0
1
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
18
GAMME DE FABRICATION ÉLÉMENT : ELECTRO-AIMANT
ENSEMBLE : Moteur à Interrupteur
Magnétique (MIM)
GAMME : 3 FEUILLE : 1 de 2
DESSIN : 3 MATÉRIAU : Cuivre,
polystyrène, acier NOMBRE : 1
No PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
10
11
TRAÇAGE
Sur un morceau de polystyrène, tracer
deux carrés de 35 mm de côté et
marquer les centres.
Ces pièces seront les butées inférieure et
supérieure de l’électroaimant.
- Règle
- Crayon
- Équerre
20
21
22
30
31
32
DÉCOUPAGE
À l’aide d’un couteau à plastique,
découper le contour des deux butées.
Finir les contours au grattoir et au papier
de verre.
PERÇAGE
Pointer les trous.
Fixer la butée dans un étau et à l’aide
d’un foret de Ø 5,5 mm, percer le trou.
Faire les mêmes opérations pour l’autre
butée.
Remarque : Il est possible de coller les
deux butées ensemble avant de les
percer. On évite de répéter les
opérations.
- Couteau à
plastique
- Règle sécuritaire
- Grattoir
- Papier de verre
- Pointeau
- Marteau
- Perceuse à main
- Étau
- Foret de Ø 5,5 mm
GAMME DE FABRICATION DE L’ÉLECTROAIMANT FEUILLE : 2 de 2
NO PHASE, SOUS-PHASE OU PHOTO OU DESSIN MACHINE-OUTIL,
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
19
OPÉRATION OUTILLAGE
40
41
42
43
44
45
46
47
48
TRAVAIL À L’ÉTABLI
À l’aide du dessin no3, marquer
l’emplacement des trous de Ø 1,5.
Coller, momentanément, les deux pièces
pour les percer ensemble.
Pointer les deux trous.
Fixer les pièces dans un étau et percer
les deux trous de Ø 1,5.
Ces trous permettront le passage du fil
de cuivre. Le fait de percer les 2 butées
nous évitera d’interchanger les plaques
lors du montage.
Visser une vis (1/4-20) de 1 ½ po. de
longueur dans la butée inférieure
(la vis taraudera le trou).
Répéter la même opération avec l’autre
butée en laissant l’espace indiqué sur le
dessin no3.
Attention! Tenir compte de la tolérance
spécifique, elle assure le bon fonctionnement
du Moteur.
Couvrir les filets de la vis, situés entre les
deux butées, à l’aide d’un ruban à gommer.
Ceci a pour but de protéger le verni du fil de
l’abrasion.
Fixer les deux butées montées sur la vis
dans le mandrin d’une perceuse
et enrouler l’extrémité libre du fil près
du mandrin (environ 15 cm de long).
Enrouler le fil de cuivre jusqu’à ce que
le diamètre du solénoïde soit
d’approximativement 25 mm.
Introduire les extrémités du fil de cuivre
dans les tous de 1,5 mm de manière à les
fixer.
Poncer les deux extrémités du fil de
façon à enlever le vernis. Lors de la
soudure, l’étain doit entrer en contact
direct avec le cuivre.
- Dessin de
détail no3
- Crayon
- Règle
- Ruban cache
- Pointeau
- Marteau
- Étau
- Perceuse à main
- Foret de Ø 1,5
- Étau
- Tournevis
- Ruban à gommer
- Perceuse à main
- Étau
- Fil de cuivre
émaillé jauge 28
- Vernier
- Papier de verre
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
20
GAMME DE FABRICATION ÉLÉMENT : ROTOR
ENSEMBLE : Moteur à Interrupteur
Magnétique (MIM)
GAMME : 4 FEUILLE : 1 de 2
DESSIN : 3 MATÉRIAU : Pin
NOMBRE : 1
No PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
10
11
TRAÇAGE
Découper un gabarit du rotor et le coller
sur une planche de bois de
50 mm de côté.
- Gabarit du rotor
- Paire de ciseaux
- Bâton de colle
20
21
30
31
32
DÉCOUPAGE
À l’aide d’une scie, découper le contour
de l’octogone.
PONÇAGE
Poncer les côtés de l’octogone en se
rapprochant le plus possible du tracé et
en tenant compte des tolérances
spécifiques sur le dessin de détail no3.
Mesurer et contrôler la forme du rotor de
façon à respecter cette cotation
fonctionnelle (dessin no3).
Note :
Le respect de ces tolérances spécifiques
rendra la conception du support de
l’interrupteur plus facile.
- Scie à main
ou
- Scie à ruban
- Ponceuse
- Dessin de détail no3
- Règle
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
21
GAMME DE FABRICATION DU ROTOR FEUILLE : 2 de 2
NO
PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
40
41
50
51
52
53
54
55
PERÇAGE
À l’aide d’un foret de Ø 3,
percer le trou au centre de l’octogone.
(Selon le diamètre du goujon, un
perçage plus gros à 1/8 de pouce (3,18
mm) pourrait être nécessaire.)
Remarque : Le perçage doit être
perpendiculaire à la surface.
TRAVAIL À L’ÉTABLI
Mesurer et couper un cintre de métal
d’une longueur de 150 mm ( Ø
d’environ 3mm (1/8’’) ).
Insérer le cintre de métal dans le trou de
l’octogone.
Localiser le centre de quatre faces (une
face sur deux) sur le pourtour du rotor
en traçant des diagonales.
Pointer et pré-percer les 8 trous de Ø 2.
Visser un aimant à chaque faces de
l’octogone en alternant les pôles nord
et sud
- Foret Ø 3
- Perceuse à colonne
- Étau de perceuse
- Lunettes de
sécurité
- Règle
- Crayon
- Scie à dos
- Boîte à onglets
- Marteau
- Règle
- Crayon
- Pointeau
- Marteau
- Perceuse à main
- Foret Ø 2
- Tournevis
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
22
Générateur de CA TITRE :
:
DATE : 14 NOV. 2009 NON À L’ÉCHELLE
N° 4
Percer Ø 5 ou 3/16
DESSIN D’ENSEMBLE DU MOTEUR À INTERRUPTEUR MAGNÉTIQUE
REP NB DÉSIGNATION
9 1 Solénoïde
8 8 Rondelle
7 1 Noyau du solénoïde
6 8 Aimant
5 1 Arbre du rotor
4 2 Butée du solénoïde
3 1 Rotor
2 2 Support de l’arbre du rotor
1 1 Base du moteur
10 8 Vis à tête fraisée
11 2 Tube butoir
12 4 Vis à tête ronde
4
14
1
9
PROJET : MOTEUR
7
5 6
2
12
10
15
3 8 11
13
4
14
8
GAMME D’ASSEMBLAGE
Générateur de CA
GAMME : 5 FEUILLE : 23 de 82
DESSIN : 4
MATÉRIAU : Divers NOMBRE : 1
No
PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
23
10 TRAVAIL À L’ÉTABLI
11 Visser manuellement l’électroaimant sur
la base.
Remarque : Visser, plus ou moins,
l’électroaimant permet d’ajuster la
distance entre celui-ci et les aimants du
rotor
12
Insérer l’arbre du rotor dans les trous des
supports (No 2).
Positionner les supports sur la base.
13
Visser les supports sur la base en
s’assurant qu’ils soient bien alignés.
- Tournevis
- Vis à tête ronde
No 6 x 3/4"
GAMME D’ASSEMBLAGE
Générateur de CA
GAMME : 5 FEUILLE : 24 de 82
DESSIN : 4
MATÉRIAU : Divers NOMBRE : 1
No
PHASE, SOUS-PHASE OU
OPÉRATION PHOTO OU DESSIN
MACHINE-OUTIL,
OUTILLAGE
Modification du moteur à interrupteur magnétique (MIM) du CDP en générateur de CA par MJSimard, CSTL.
24
14
Mesurer et couper 2 tubes de vinyle de
10 mm. Ils serviront comme tubes
butoirs afin de maintenir l’arbre du rotor
en place.
- Couteau à lame
rétractable
- Règle
- Tapis de coupe
ou martyr
15
Insérer sur l’arbre du rotor, une rondelle
et un tube butoir de chaque côté du
moteur.
Voir le dessin d’ensemble No 4.
- Dessin d’ensemble
No 4
- Rondelles
- Tubes butoirs
16
Aligner le rotor de façon à ce qu’il soit
parfaitement vis-à-vis l’électroaimant.
17
Ajuster la hauteur de l’électroaimant de
façon à le rapprocher, le plus possible,
du rotor. Vérifier si la rotation du rotor
n’est pas entravée.
- Tournevis
- Écrous
- Vis mécanique
no 6 x 32 x ½’’
- Rondelles
Centre de développement pédagogique, Générateur CC à partir du MIM
Guide enseignant eau pluie 25
Capsules de sécurité
(2) Pistolet à colle chaude
1. Attention aux brûlures : le pistolet atteint
habituellement une température de 120 ˚C à
195 ˚C.
2. Porter des vêtements appropriés pour se protéger
contre les écoulements accidentels (protection des
cuisses, par exemple).
3. Porter des lunettes de sécurité pour éviter les
projections de colle brûlante.
4. Déposer le pistolet sur une surface sécuritaire
entre chaque utilisation, car il a tendance à couler.
Une assiette d’aluminium peut faire l’affaire.
5. Ne pas travailler à proximité de sources
d’alimentation en eau (robinet, fontaine, etc.). L’eau
et l’électricité ne font pas bon ménage.
6. Ne pas chauffer la colle à une température plus
haute que celle prévue par le fabricant (dans une
flamme par exemple). La colle peut dégager des
émanations toxiques.
S’assurer que les modifications à cette capsule ne compromettent pas la
sécurité des élèves. La personne fautive devra assumer ses choix.
Centre de développement pédagogique, Générateur CC à partir du MIM
Guide enseignant eau pluie 26
Capsules de sécurité
(4) Perceuse à main
1. Attacher ses cheveux pour ne pas qu’ils s’enroulent
sur le mandrin.
2. Porter des lunettes de sécurité pour se protéger
contre les projections.
3. Ne pas porter de bracelets, colliers, bijoux, etc.
4. Nettoyer la surface de travail de tout débris
pouvant mener à des gestes dangereux ou nuire au
bon fonctionnement de la perceuse.
5. Utiliser une mèche bien aiguisée, sans quoi des
efforts non nécessaires pourraient causer des
blessures.
6. Prendre son temps de façon à bien penser à chacun
de ses gestes.
7. Ne pas travailler à proximité de sources
d’alimentation en eau (robinet, fontaine, etc.). L’eau
et l’électricité ne font pas bon ménage.
8. Débrancher le fil d’alimentation pour effectuer un
changement de mèche.
S’assurer que les modifications à cette capsule ne compromettent pas la
sécurité des élèves. La personne fautive devra assumer ses choix.
Centre de développement pédagogique, Générateur CC à partir du MIM
Guide enseignant eau pluie 27
Capsules de sécurité
(7) Scie à ruban
1. Porter des lunettes de sécurité pour se protéger
contre les projections.
2. Attacher ses cheveux et rouler ses manches pour
éviter qu’ils soient happés par le mécanisme.
3. Ne pas porter de bracelets, colliers, bijoux, etc.
4. Nettoyer la surface de travail de tout débris
pouvant mener à des gestes dangereux ou nuire au
bon fonctionnement de la scie.
5. Utiliser une lame bien aiguisée, sans quoi des
efforts non nécessaires pourraient causer des
blessures.
6. Prendre son temps de façon à bien penser à chacun
de ses gestes. Maintenir les mains à plus de 5 cm
de la ligne de coupe.
7. Utiliser un poussoir pour les petites pièces afin de
garder les mains loin de la lame.
8. Respecter le périmètre de sécurité tracé sur le sol.
La proximité d’une autre personne pourrait
déconcentrer l’utilisateur.
9. Actionner le dépoussiéreur ou porter un masque
antipoussière.
10. Porter des protecteurs acoustiques pour éviter les
troubles auditifs si l’exposition au bruit atteint 85
décibels durant une période de 8 heures
consécutives.
S’assurer que les modifications à cette capsule ne compromettent pas la
sécurité des élèves. La personne fautive devra assumer ses choix.
Centre de développement pédagogique, Générateur CC à partir du MIM
Guide enseignant eau pluie 28
Capsules de sécurité
(8) Ponceuse à disque et à ruban
1. Porter des lunettes de sécurité pour se protéger
contre les projections.
2. Attacher ses cheveux et rouler ses manches pour
éviter qu’ils soient happés par le mécanisme.
3. Ne pas porter de bracelets, colliers, bijoux, etc.
4. Nettoyer la surface de travail de tout débris
pouvant mener à des gestes dangereux ou nuire au
bon fonctionnement de la ponceuse.
5. Prendre son temps de façon à bien penser à chacun
de ses gestes.
6. Respecter le périmètre de sécurité tracé sur le sol.
La proximité d’une autre personne pourrait
déconcentrer l’utilisateur.
7. Il est obligatoire que le dépoussiéreur soit en
marche lorsqu’on utilise la ponceuse à disque et à
ruban. Si on se trouve en présence d'un
contaminant pouvant causer un cancer (ex. silice), le
masque est également obligatoire.
8. Appeler le responsable de l’atelier si la courroie se
désaligne.
9. Porter des protecteurs acoustiques pour éviter les
troubles auditifs si l’exposition au bruit atteint 85
décibels durant une période de 8 heures
consécutives.
S’assurer que les modifications à cette capsule ne compromettent pas la
sécurité des élèves. La personne fautive devra assumer ses choix.
Centre de développement pédagogique, Générateur CC à partir du MIM
Guide enseignant eau pluie 29
Capsules de sécurité
(9) Perceuse d’établi (à colonne)
1. Porter des lunettes de sécurité pour se protéger
contre les projections.
2. Attacher ses cheveux et rouler ses manches pour
éviter qu’ils s’enroulent sur le mandrin.
3. Ne pas porter de bracelets, colliers, bijoux, etc.
4. Attention, risque de blessures graves! Fixer
fermement les matériaux à la table à l’aide de
serres pour éviter qu’une pièce s’accroche à la
mèche et se mette à tourner à grande vitesse.
5. Ajuster la hauteur de la table, régler la profondeur
et nettoyer la surface de travail avant de démarrer
la perceuse.
6. Utiliser une mèche bien aiguisée sans quoi des
efforts non nécessaires pourraient faire casser la
mèche et causer des blessures.
7. Enlever la clé du mandrin immédiatement après
avoir serré l’outil de perçage.
8. Prendre son temps de façon à bien penser à chacun
de ses gestes.
9. Respecter le périmètre de sécurité tracé sur le sol.
La proximité d’une autre personne pourrait
déconcentrer l’utilisateur.
10. Débrancher l’alimentation du secteur avant
d’effectuer un changement de mèche.
S’assurer que les modifications à cette capsule ne compromettent pas la
sécurité des élèves. La personne fautive devra assumer ses choix.
Centre de développement pédagogique, Générateur CC à partir du MIM
Guide enseignant eau pluie 30
Fabrication d’un générateur de courant Continu à
partir du moteur MIM Débuter le tout en fabriquant un moteur MIM à l’aide du « Dossier technique du
moteur à interrupteur magnétique ». IL ne faut cependant pas exécuter la dernière
étape de la gamme d’assemblage qui traite du « câblage du circuit ». http://www2.cslaval.qc.ca/cdp/pages/activites_secondaire_2ecycle.html
1. En second lieu, il faut modifier le rotor du MIM en
ajoutant 4 aimants supplémentaires orientés de la façon
suivante. Il faut alterner les pôles nord et sud pour
maximiser les variations de champ magnétique. De cette
façon, le courant alternatif induit dans le solénoïde sera
beaucoup plus important. La loi de Lenz, présente au lien
ci-dessous, explique ce phénomène. http://subaru2.univ-
lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/lenz.html
2. Finalement, le circuit suivant permet de redresser le courant alternatif en courant continu.
Ce courant continu ne sera pas aussi constant que le courant d’une pile, mais il sera fort
acceptable pour faire fonctionner de petits appareils électriques. Voici les deux
composants utilisés pour faire ce travail.
Pont de diodes (4 diodes) Condensateur électrolytique
La morphologie
ou le modèle du
pont n’a pas
d’importance. Il
peut être
beaucoup plus
petit.
La morphologie du
condensateur n’a pas
d’importance. La tension
indiquée devrait être à plus de
15 volts. La capacité devrait
être adaptée à l’appareil à
alimenter. Elle pourrait être
d’environ 10 microfarads ( F).
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP. Avec la collaboration de Stéphanie Belhumeur, CSTL.
Guide enseignant eau pluie 31
Photos d’un dispositif
Pales
Système d’engrenages
Générateur et sonnette
Montage global
ANNEXE 4
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP. Avec la collaboration de Stéphanie Belhumeur, CSTL.
32
Photos de dispositifs d’élèves
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP. Avec la collaboration de Stéphanie Belhumeur, CSTL.
33
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL, Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP. Avec la collaboration de Stéphanie Belhumeur, CSTL.
34
Webographie Univers Terre et espace Le code Chastenay
http://video.telequebec.tv/video/1975 Écopluie
http://www.alter-eco.ca/ecopluie-fr.php?gclid=CJOkisC9458CFRE55QodunmLGg# Votre maison : Un jardin pluvial (SCHL)
http://www.cmhc-schl.gc.ca/fr/co/enlo/ampa/ampa_005.cfm Type de sol (SCHL)
http://www.cmhc-schl.gc.ca/fr/co/enlo/ampa/ampa_001.cfm La rétention d’eau de pluie chez soi (CVRB)
http://www.pjse.ca/documents/sens/Fiche_5_-_La_retention_eau_de_pluie.pdf Graf : Eau de pluie
http://www.cmhc-schl.gc.ca/fr/co/enlo/ampa/ampa_005.cfm Défi climat 2010
www.deficlimat.qc.ca Univers matériel et technologique Hydro-Québec
http://www.hydroquebec.com/comprendre/ Petit moteur électrique
http://www.apprendrefacile.com/cours-video-comment-generateur-electrique Raconte-moi la radio
http://dspt.perso.sfr.fr/lelectricite.htm Différents moyens de production d’électricité avec de l’eau
http://hydroelectrique.jimdo.com/moyens-de-productions-d-%C3%A9lectricit%C3%A9/ Un chantier d’exception (Pyrénées)
http://www.youtube.com/watch?v=38BskuCiScA Ztélé Émission comment ça marche (éolienne, transformateur, palan à chaines, transmission de vélo et bien d’autres)
http://www.ztele.com/emissions/comment-ca-marche/ Webpédagogie : Quand une bobine devient un aimant
http://lewebpedagogique.com/sciencesalecole/wp-content/blogs.dir/750/files//bobines-et-aimants.pdf Changer l’énergie ensemble (EDF)
http://enseignants.edf.com/mod/preparez/voyage-en-electricite-2-des-electrons-en-liberte,2100?page=1
http://jeunes.edf.com/mod/voir/voyage-en-electricite-les-3-emplois-de-l-electricite,1331?page=1
http://jeunes.edf.com/mod/voir/voyage-en-electricite-les-electrons-travaillent-sans-fil,1332?page=1
Univers vivants Hydro-Québec, Projet hydro-électrique et développement durable
http://www.hydroquebec.com/comprendre/hydroelectricite/developpement-durable.ht
ANNEXE 5
Modification du laboratoire technologique #16, Observatoire 4, ERPI, par Marie-Eve Comeau et Aude Laflèche, enseignantes à l’école secondaire du Chêne-Bleu, CSTL
35
Noms : _________________________________ Date : ________ _________________________________ SCT414-_____
Laboratoire : ingénierie électrique La fonction de transformation d’énergie
But : Observer la fonction électrique de transformation de l’énergie dans un moteur électrique simple. Critères d’observation
1. Expliquez ce qu’est une fonction électrique en ingénierie électrique. _______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
2. Il existe diverses fonctions électriques. Remplissez le tableau suivant afin de définir les
principales fonctions électriques. Donnez quelques exemples de composantes pour chacune.
Fonction électrique
Définition Exemples
Alimentation
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________
Conduction
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________
Annexe 6
Modification du laboratoire technologique #16, Observatoire 4, ERPI, par Marie-Eve Comeau et Aude Laflèche, enseignantes à l’école secondaire du Chêne-Bleu, CSTL
36
Fonction électrique
Définition Exemples
Isolation
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________
Protection
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________
Commande
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________
Transformation d’énergie
________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________ ________________________________
___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________ ___________________
3. Donnez trois exemples de formes d’énergie que l’on peut obtenir à la suite d’une transformation de l’énergie électrique. ________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Modification du laboratoire technologique #16, Observatoire 4, ERPI, par Marie-Eve Comeau et Aude Laflèche, enseignantes à l’école secondaire du Chêne-Bleu, CSTL
37
Matériel - Une pile de format D - Un élastique large - 2 gros trombones métalliques déjà modifiés - Un solénoïde comportant 7 boucles - Un aimant permanent - Un morceau de carton
Protocole
1. À l’aide de l’élastique, attacher un trombone modifié à chacun des pôles de la pile. En faire deux tours.
2. Coller l’aimant permanent sur la pile à l’aide de ruban adhésif, vis-à-vis des trombones.
3. Mettre le solénoïde dans le support fait avec les trombones.
Modification du laboratoire technologique #16, Observatoire 4, ERPI, par Marie-Eve Comeau et Aude Laflèche, enseignantes à l’école secondaire du Chêne-Bleu, CSTL
38
4. Frapper doucement sur le solénoïde afin de démarrer son mouvement de rotation. 5. Ajuster les pièces du moteur afin que le solénoïde tourne sans arrêt. 6. Tenter de faire tourner le solénoïde au moins une minute sans arrêt. 7. Toucher délicatement le trombone, à l’aide de l’index, près du point de liaison avec le pôle
négatif de la pile. Décrire et noter la sensation ressentie sur le doigt (dans résultats). 8. Mettre un morceau de carton entre le trombone er le pôle négatif de la pile. Noter ce qui
se produit avec le solénoïde (dans résultats). 9. Enlever le morceau de carton. Faire tourner le solénoïde de nouveau. 10. Enlever délicatement l’aimant de la pile. Noter ce qui se produit avec le solénoïde (dans
résultats). 11. Ranger le matériel.
Résultats 1. Lorsque vous touchez le trombone, que ressentez-vous ?
__________________________________________________________________
2. Que se passe-t-il lorsque vous mettez le morceau de carton entre le trombone et le pôle négatif de la pile ? __________________________________________________________________
3. Que se passe-t-il lorsque vous retirez l’aimant de la pile ?
__________________________________________________________________ Analyse
1. Parmi les manipulations que vous avez effectuées, qu’est-ce qui démontre que : a) de l’énergie électrique est nécessaire au fonctionnement du moteur ?
________________________________________________________________________________________________________________________
b) de l’énergie magnétique est nécessaire au fonctionnement du moteur ? ________________________________________________________________________________________________________________________
2. Dans le moteur électrique que vous avez fabriqué, l’énergie électrique a été transformée
en d’autres formes d’énergie. Indiquez une de ces formes d’énergie et précisez quelles observations vous ont permis de la reconnaître. ____________________________________________________________________________________________________________________________________
3. Indiquez la fonction électrique de chaque composante du moteur électrique.
Composante Fonction électrique
Pile
Trombone
Élastique
Solénoïde
Modification du laboratoire technologique #16, Observatoire 4, ERPI, par Marie-Eve Comeau et Aude Laflèche, enseignantes à l’école secondaire du Chêne-Bleu, CSTL
39
Laboratoire : ingénierie électrique La fonction de transformation d’énergie
But : Observer la fonction électrique de transformation de l’énergie dans un moteur électrique simple. Critères d’observation
1. Expliquez ce qu’est une fonction électrique en ingénierie électrique. Une fonction électrique est le rôle que joue une composante dans le contrôle ou la transformation du courant électrique.
2. Il existe diverses fonctions électriques. Remplissez le tableau suivant afin de définir les
principales fonctions électriques. Donnez quelques exemples de composantes pour chacune.
Fonction électrique
Définition Exemples
Alimentation
Fonction assurée par toute composante pouvant générer ou fournir un courant électrique dans un circuit.
La pile La prise de courant La cellule photovoltaïque
Conduction
Fonction assurée par toute composante pouvant transmettre un courant électrique d’une partie à une autre d’un circuit électrique.
Les fils électriques
Isolation
Fonction assurée par toute composante pouvant empêcher un courant électrique de passer.
La gaine recouvrant un fil La céramique Le bois
Protection
Fonction assurée par toute composante pouvant interrompre automatiquement la circulation d’un courant électrique en cas de situation anormale.
Le fusible Le disjoncteur
Commande Fonction assurée par toute composante pouvant ouvrir et fermer un circuit électrique.
L’interrupteur
Transformation d’énergie
Fonction assurée par toute composante pouvant transformer l’énergie électrique en une autre forme d’énergie.
L’ampoule incandescente Le ventilateur Le séchoir à cheveux
3. Donnez trois exemples de formes d’énergie que l’on peut obtenir à la suite d’une transformation de l’énergie électrique. Énergie lumineuse, énergie thermique, énergie magnétique.
Modification du laboratoire technologique #16, Observatoire 4, ERPI, par Marie-Eve Comeau et Aude Laflèche, enseignantes à l’école secondaire du Chêne-Bleu, CSTL
40
Résultats
4. Lorsque vous touchez le trombone, que ressentez-vous ? De la chaleur
5. Que se passe-t-il lorsque vous mettez le morceau de carton entre le trombone et le pôle
négatif de la pile ? Le solénoïde cesse de tourner
6. Que se passe-t-il lorsque vous retirez l’aimant de la pile ?
Le solénoïde cesse de tourner Analyse
4. Parmi les manipulations que vous avez effectuées, qu’est-ce qui démontre que : a) de l’énergie électrique est nécessaire au fonctionnement du moteur ?
Si on met un morceau de carton entre le trombone et la pile, le moteur cesse de fonctionner.
b) de l’énergie magnétique est nécessaire au fonctionnement du moteur ? Sans aimant, le moteur ne fonctionne pas.
5. Dans le moteur électrique que vous avez fabriqué, l’énergie électrique a été transformée
en d’autres formes d’énergie. Indiquez une de ces formes d’énergie et précisez quelles observations vous ont permis de la reconnaître. Énergie thermique : Sensation de chaleur au toucher du trombone Énergie mécanique (ou magnétique) : Le solénoïde tourne en interaction avec l’aimant.
6. Indiquez la fonction électrique de chaque composante du moteur électrique.
Composante Fonction électrique
Pile Alimentation
Trombone Conduction
Élastique Isolation
Solénoïde Transformation d’énergie
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
41
Absorption de l’eau dans les horizons du sol Labo 1
But
Comparer le degré d’absorption de l’eau de différents sols tels que, la terre noire, la
pelouse, le sable fin et le gravier.
Matériel nécessaire
4 Papiers filtres
4 Entonnoirs
4 Erlenmeyers de 125 mL
Pelouse
Terre noire
Sable fin
Gravier
Spatule
3 Béchers de 100 mL
Flacon laveur d’eau distillée
4 Cylindres gradués de 50 mL
Chronomètre
Schéma Manipulations
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
42
1- Installer les papiers filtres dans les entonnoirs. Pour ce faire, plier le
papier filtre en quatre pour former un cône.
2- Déposer chaque entonnoir sur un erlenmeyer différent.
3- Prendre un morceau de pelouse et le déposer dans le premier entonnoir.
S’assurer que le morceau couvre complètement la surface de l’entonnoir.
4- Prendre environ 60 mL de chacun des milieux (sable, gravier et terre
noire) à l’aide des béchers de 100 mL préidentifiés.
5- Déposer chacun des milieux dans les autres entonnoirs en effectuant une
légère pression avec le bout des doigts sur la surface de chacun d’eux
pour s’assurer qu’il n’y ait aucun interstice dans le sol testé.
6- Mettre 50 mL d’eau distillée dans un cylindre gradué.
7- Démarrer le chronomètre et verser doucement le 50 mL d’eau sur la
pelouse.
8- Noter le temps que prend l’eau pour traverser la pelouse.
9- Avec le cylindre gradué, mesurer la quantité d’eau recueillie dans
l’erlenmeyer et noter sa valeur dans vos résultats.
10- Reprendre les manipulations 6 à 9 avec le sable, le gravier et la terre
noire en utilisant un nouveau cylindre gradué pour chaque milieu.
11- Ranger le matériel et nettoyer l’espace de travail.
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
43
Résultats
Titre : ___________________________________________________________
Contenu de l’entonnoir Durée d’écoulement
(en secondes)
Quantité d’eau recueillie
(en mL)
Pelouse
Terre noire
Sable
Gravier
Analyse
1. Associez le contenu des entonnoirs à un horizon du sol.
Contenu de l’entonnoir Horizon du sol
Pelouse
Terre noire
Sable
Gravier
2. Quel milieu a la meilleure rétention d’eau ?
___________________________________________________________
3. Quel milieu a la vitesse d’écoulement la plus élevée ?
___________________________________________________________
4. Quels sont les deux types d’horizons du sol ?
___________________________________________________________
___________________________________________________________
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
44
5. Expliquez brièvement la formation d’un sol.
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
Conclusion
1. La politique de protection des rives, du littoral et des plaines inondables,
écrite en 2005, « interdit toute intervention susceptible de détruire ou de
modifier la couverture végétale des rives, ainsi que tout ouvrage empiétant
sur le littoral ». Elle stipule également qu’il faut « laisser une bande de
terre entre 10 et 15 m sur les berges d’un lac ou d’un cours d’eau ».
Expliquez l’origine de cette politique.
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
2. Pourquoi les chercheurs prélèvent-ils des échantillons de glace (carottes
glacières) ?
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
___________________________________________________________
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
45
Informations supplémentaires pour le technicien en travaux pratiques et l’enseignant
Placer en avant de la classe des bassins contenant la terre noire, le sable
et le gravier, de façon à ce que les étudiants viennent eux-mêmes
chercher les sols à tester.
La quantité des sols peut varier selon le matériel utilisé. Dans le présent
cas, elle a été déterminée avec des entonnoirs de 7 cm de diamètre et
des papiers filtres de 12,5 cm (qualité qualitative).
Il est fortement recommandé de faire ce laboratoire au printemps ou à
l’automne, puisque la pelouse se fait plutôt rare en hiver, à moins de la
faire pousser soi-même.
Les sols utilisés doivent être secs lors des séances de laboratoire. Dans
le cas contraire, les résultats pourraient être faussés.
Effectuer le laboratoire en équipe de 4, si les postes de laboratoire sont
restreints et/ou s’il y a conflit de verrerie, puisque ce laboratoire en
requiert une bonne quantité.
Les résultats pour la terre noire peuvent varier. Si après 10 min l’eau
s’écoule toujours du sol, arrêter les manipulations et noter la quantité
d’eau recueillie dans l’erlenmeyer à ce temps précis. La quantité d’eau
restante est négligeable.
Il est possible de récupérer les différents milieux en plaçant des bassins
de récupération en avant de la classe et en les faisant sécher. Par la
suite, il sera possible de les réutiliser pour les cours suivants.
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
46
Absorption de l’eau dans les horizons du sol Labo 1
But
Comparer le degré d’absorption de l’eau de différents sols tels que, la terre noire, la
pelouse, le sable fin et le gravier.
Matériel nécessaire
4 Papiers filtres
4 Entonnoirs
4 Erlenmeyers de 125 mL
Pelouse
Terre noire
Sable fin
Gravier
Spatule
3 Béchers de 100 mL
Flacon laveur d’eau distillée
4 Cylindres gradués de 50 mL
Chronomètre
Schéma Manipulations
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
47
1- Installer les papiers filtres dans les entonnoirs. Pour ce faire, plier le
papier filtre en quatre pour former un cône.
2- Déposer chaque entonnoir sur un erlenmeyer différent.
3- Prendre un morceau de pelouse et le déposer dans le premier entonnoir.
S’assurer que le morceau couvre complètement la surface de l’entonnoir.
4- Prendre environ 60 mL de chacun des milieux (sable, gravier et terre
noire) à l’aide des béchers de 100 mL préidentifiés.
5- Déposer chacun des milieux dans les autres entonnoirs en effectuant une
légère pression avec le bout des doigts sur la surface de chacun d’eux
pour s’assurer qu’il n’y ait aucun interstice dans le sol testé.
6- Mettre 50 mL d’eau distillée dans un cylindre gradué.
7- Démarrer le chronomètre et verser doucement le 50 mL d’eau sur la
pelouse.
8- Noter le temps que prend l’eau pour traverser la pelouse.
9- Avec le cylindre gradué, mesurer la quantité d’eau recueillie dans
l’erlenmeyer et noter sa valeur dans vos résultats.
10- Reprendre les manipulations 6 à 9 avec le sable, le gravier et la terre
noire en utilisant un nouveau cylindre gradué pour chaque milieu.
11- Ranger le matériel et nettoyer l’espace de travail.
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
48
Résultats (les résultats sont variables)
Titre : La variation du temps d’écoulement et de la quantité de filtrat recueillis en
fonction du type de sol analysé
Contenu de l’entonnoir Durée d’écoulement
(en secondes)
Quantité d’eau recueillie
(en mL)
Pelouse 330 37
Terre noire 600 28
Sable 90 26
Gravier 254 45
Analyse
1. Associez le contenu des entonnoirs à un horizon du sol.
Contenu de l’entonnoir Horizon du sol
Pelouse Couche superficielle
Terre noire Terre arable
Sable Sous-sol
Gravier Roche mère
2. Quel milieu a la meilleure rétention d’eau ?
Terre noire
3. Quel milieu a la vitesse d’écoulement la plus élevée ?
Sable
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49
4. Quels sont les deux types d’horizons du sol ?
Horizons humifères : riches en matière organique
Horizons minéraux : moins riches en matière organique, mais dont la
composition minérale est plus importante.
5. Expliquez brièvement la formation d’un sol.
Divers processus, tels le ruissellement, le vent, le gel, le dégel et des
transformations chimiques, désagrègent lentement la roche mère pour
former des débris, de plus petites particules et des minéraux. Puis le sol
s’enrichit progressivement d’humus grâce à l’action des décomposeurs qui
transforment les végétaux morts. Le sol se forme ainsi de minéraux
d’origines minérale et organique qui se mélangent et se disposent en
différentes couches parallèles.
Conclusion
1. La politique de protection des rives, du littoral et des plaines inondables,
écrite en 2005, « interdit toute intervention susceptible de détruire ou de
modifier la couverture végétale des rives, ainsi que tout ouvrage empiétant
sur le littoral ». Elle stipule également qu’il faut « laisser une bande de
terre entre 10 et 15 m sur les berges d’un lac ou d’un cours d’eau ».
Expliquez l’origine de cette politique.
Cette politique vise à protéger les horizons du sol. Si la couverture
végétale est abîmée, les horizons du sol vont subir une plus grande
érosion, ce qui aurait des conséquences néfastes sur les biomes
environnants.
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2. Pourquoi les chercheurs prélèvent-ils des échantillons de glace (carottes
glacières) ?
Une carotte glacière est un échantillon de glace, retiré de calottes
glaciaires, formé par compression de couches de neiges successives,
année après année : une découpe verticale de glace contient donc des
couches de plus en plus anciennes à mesure qu'on s'enfonce vers le
centre de la Terre. Les propriétés de formations de la glace, les composés
et éléments chimiques qui s'y trouvent peuvent être étudiés en vue d'une
reconstruction plus ou moins précise du climat des années passées.
2009-2010 Montages et protocoles : Julie Paré, technicienne en travaux pratiques En collaboration avec Taïga Waelput-Lavallée, conseillère pédagogique
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Informations supplémentaires pour le technicien en travaux pratiques et l’enseignant
Placer en avant de la classe des bassins contenant la terre noire, le sable
et le gravier, de façon à ce que les étudiants viennent eux-mêmes
chercher les sols à tester.
La quantité des sols peut varier selon le matériel utilisé. Dans le présent
cas, elle a été déterminée avec des entonnoirs de 7 cm de diamètre et
des papiers filtres de 12,5 cm (qualité qualitative).
Il est fortement recommandé de faire ce laboratoire au printemps ou à
l’automne, puisque la pelouse se fait plutôt rare en hiver, à moins de la
faire pousser soi-même.
Les sols utilisés doivent être secs lors des séances de laboratoire. Dans
le cas contraire, les résultats pourraient être faussés.
Effectuer le laboratoire en équipe de 4, si les postes de laboratoire sont
restreints et/ou s’il y a conflit de verrerie, puisque ce laboratoire en
requiert une bonne quantité.
Les résultats pour la terre noire peuvent varier. Si après 10 min l’eau
s’écoule toujours du sol, arrêter les manipulations et noter la quantité
d’eau recueillie dans l’erlenmeyer à ce temps précis. La quantité d’eau
restante est négligeable.
Il est possible de récupérer les différents milieux en plaçant des bassins
de récupération en avant de la classe et en les faisant sécher. Par la
suite, il sera possible de les réutiliser pour les cours suivants.
52
Fiche d’étude des engrenages: Mécanismes de transmission de mouvement
Mécanisme 2 : Engrenage (2 roues dentées de différentes dimensions) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires?
Première roue et deuxième roue: ____________________
3. Quand vous faites un tour complet à la première roue dentée, combien de tour fait la deuxième roue dentée?
________________________________
Mécanisme 1 : Engrenage (2 roues dentées de même dimension) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires?
Première roue et deuxième roue:
________________________________
3. Quand vous faites un tour complet à la première roue dentée, combien de tour fait la deuxième roue dentée?
________________________________
53
Mécanisme 4 : Engrenage (3 roues dentées de différentes dimensions) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires? Roue 1 et roue 2 : __________________ Roue 2 et roue 3 : __________________ Roue 1 et roue 3 : __________________
3. Quand vous faites un tour complet à la roue dentée 1, combien de tour
… la roue dentée 2 ? _______________ … la roue dentée 3 ? _______________
Mécanisme 3 : Engrenage (3 roues dentées de même dimension) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires? Roue 1 et roue 2 : __________________ Roue 2 et roue 3 : __________________ Roue 1 et roue 3 : __________________
3. Quand vous faites un tour complet à la roue dentée 1, combien de tour
… la roue dentée 2 ? _______________ … la roue dentée 3 ? _______________
54
Corrigé de la fiche d’étude : Mécanismes de transmission de mouvement
Mécanisme 2 : Engrenage (2 roues dentées de différentes dimensions) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires?
Première roue et deuxième roue: ____________________
3. Quand vous faites un tour complet à la première roue dentée, combien de tour fait la deuxième roue dentée?
________________________________
Sens contraire
2 tours
Mécanisme 1 : Engrenage (2 roues dentées de même dimension) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires?
Première roue et deuxième roue:
________________________________
3. Quand vous faites un tour complet à la première roue dentée, combien de tour fait la deuxième roue dentée?
________________________________
Sens contraire
1 tour
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Mécanisme 4 : Engrenage (3 roues dentées de différentes dimensions) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires? Roue 1 et roue 2 : __________________ Roue 2 et roue 3 : __________________ Roue 1 et roue 3 : __________________
4. Quand vous faites un tour complet à la roue dentée 1, combien de tour
… la roue dentée 2 ? _______________ … la roue dentée 3 ? _______________
Sens contraire
1¼ tour
Sens contraire même sens
1 tour
Mécanisme 3 : Engrenage (3 roues dentées de même dimension) Questions :
• Dessinez, sur votre schéma, le sens de rotation de chaque organe avec ces flèches.
2. Est-ce que les rotations sont dans le
même sens ou dans des sens contraires? Roue 1 et roue 2 : __________________ Roue 2 et roue 3 : __________________ Roue 1 et roue 3 : __________________
3. Quand vous faites un tour complet à la roue dentée 1, combien de tour
… la roue dentée 2 ? _______________ … la roue dentée 3 ? _______________
Sens contraire
1 tour
Sens contraire même sens
1 tour
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la
collaboration de Gérald Bolduc, TTP, CSVT 56
Analyse de la machine à bulles Samedi dernier, la petite Camille que tu gardais a accidentellement
renversé du jus de tomate sur sa machine à bulles. Toute triste, Camille te demande de la nettoyer avant que le jus de tomate
endommage son jouet. C’est difficile de tout nettoyer puisque le jus de tomate entre dans la machine. Pour le nettoyer en profondeur, tu
dois l’ouvrir complètement. Une fois la machine à bulles ouverte,
Camille te demande : « comment ça fait pour faire des bulles »? Tu lui réponds qu’il est très tard et qu’il faut qu’elle fasse dodo. Tu la
rassures en lui disant : « demain matin je reviendrai t’expliquer comment ta machine à bulles fait pour fabriquer de jolies bulles ».
Une fois la petite Camille endormie, tu te mets à analyser son jouet. Voici différentes questions qui te permettront de bien comprendre le
fonctionnement du jouet de Camille.
NOM : _________________________________ GROUPE : _____
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la
collaboration de Gérald Bolduc, TTP, CSVT 57
1. À quel besoin cet objet répond-il? (Pourquoi a-t-il été inventé?)
2. Dessine le schéma électrique de la machine à bulles.
Ingénierie électrique
Fonction Pièce
Alimentation
Conduction
Isolation
Commande
Transformation d’énergie
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la
collaboration de Gérald Bolduc, TTP, CSVT 58
3. Pourquoi la machine à bulles est-elle en plastique (propriétés des
plastiques)?
4. Comment fonctionne la machine à bulles?
5. Explique pourquoi il est nécessaire de lubrifier les engrenages se situant
à l’intérieur du boîtier du moteur.
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la
collaboration de Gérald Bolduc, TTP, CSVT 59
6. Nommer deux guidages que l’on retrouve dans la machine à bulles
7. Éric affirme que dans la machine à bulles, il n’y a que des
transformations de mouvement. Luc est en désaccord avec lui, il croit qu’au contraire dans la machine à bulles, on y retrouve que
des transmissions de mouvement. Selon toi, qui a raison et pourquoi?
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la
collaboration de Gérald Bolduc, TTP, CSVT 60
8. À l’aide du tableau suivant, caractérise les 3 liaisons ciblées sur les photos ci-dessous.
Liaisons Démontable/ indémontable
Direct/ indirect
Rigide/ élastique
Complète/ partielle
1
2
3
Liaison #1
Liaison #2
Liaison #3
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collaboration de Gérald Bolduc, TTP, CSVT 61
9. Quelles seraient les conséquences de l’augmentation du nombre de dents
de l’engrenage identifié par la flèche?
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la collaboration de
Gérald Bolduc, TTP, CSVT 62
Analyse de la machine à bulles
Samedi dernier, la petite Camille que tu gardais a accidentellement renversé
du jus de tomate sur sa machine à bulles. Toute triste, Camille te demande de la nettoyer avant que le jus de tomate endommage son jouet. C’est difficile de
tout nettoyer puisque le jus de tomate entre dans la machine. Pour le nettoyer
en profondeur, tu dois l’ouvrir complètement. Une fois la machine à bulles ouverte, Camille te demande : « comment ça fait pour faire des bulles »? Tu
lui réponds qu’il est très tard et qu’il faut qu’elle fasse dodo. Tu la rassures en lui disant : « demain matin je reviendrai t’expliquer comment ta machine à
bulles fait pour fabriquer de jolies bulles ». Une fois la petite Camille endormie, tu te mets à analyser son jouet. Voici différentes questions qui te permettront
de bien comprendre le fonctionnement du jouet de Camille.
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la collaboration de
Gérald Bolduc, TTP, CSVT 63
1. À quel besoin cet objet répond-il? (Pourquoi a-t-il été inventé?)
Amuser un enfant tout en faisant des bulles automatiquement,
sans faire d’effort.
2. Dessine le schéma électrique de la machine à bulles.
Ingénierie électrique
Fonction Pièce
Alimentation Piles
Conduction Fils
Isolation Gaine de caoutchouc
Commande Interrupteur
Transformation d’énergie Moteur (électrique en
mécanique
M
Le fusible doit être positionné
entre les piles et le moteur.
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3. Pourquoi la machine à bulles est-elle en plastique (propriétés des plastiques)?
Le plastique se moule bien, est léger et très économique.
Puisqu’il est un mauvais conducteur électrique et thermique, l’enfant ne
risque pas de se blesser.
L’eau savonneuse prendra plus de temps à dégrader le plastique que le
métal par exemple.
Le plastique est un matériau étanche.
Et toutes autres réponses possibles.
4. Comment fonctionne la machine à bulles?
La machine à bulles est alimentée par trois piles AA. Un interrupteur permet
de contrôler la mise en marche du moteur. Ce dernier actionne deux
mécanismes. Tout d’abord, il permet le mouvement d’une hélice qui crée
une brise d’air dirigée vers la soufflerie. Ensuite, il actionne une série de
transmission de mouvements. Une vis sans fin permet d’actionner un
système d’engrenages. Le 1er système à 8 engrenages entraîne un 2e
système à 2 engrenages qui, à son tour, entraîne l’engrenage de la
soufflerie. Ce qui a comme résultat la rotation de la soufflerie lui permettant
ainsi de se tremper dans l’eau savonneuse. En traversant la soufflerie, la
brise créée par l’hélice produit des bulles.
5. Explique pourquoi il est nécessaire de lubrifier les engrenages situés à
l’intérieur du boîtier du moteur.
Les engrenages sont lubrifiés afin de diminuer les frictions et d’engendrer un
mouvement constant.
Mélissa Cuerrier, CSTL, Marie-Josée Simard,CSTL, Taïga Waelput Lavallée,CSVT avec la collaboration de
Gérald Bolduc, TTP, CSVT 65
6. Nommer deux guidages que l’on retrouve dans la machine à bulles
Sur le boîtier du moteur, une ouverture guide le mouvement de l’air.
Dans la gorge du personnage, un cylindre guide l’air vers la soufflerie.
À 4 endroits, des tiges guident les engrenages.
La soufflerie est moulée avec un guide, ce qui lui permet de ne pas frotter
sur la cuve.
Le boîtier du moteur guide la tige qui conduit vers l’engrenage permettant le
mouvement de la soufflerie.
Et toutes autres réponses possibles.
DESSIN-PHOTOS sur le cahier de l’élève
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Gérald Bolduc, TTP, CSVT 66
7. Éric affirme que dans la machine à bulles il n’y a que des systèmes de transformation du mouvement. Luc est en désaccord avec lui, il croit qu’au
contraire dans la machine à bulles on y retrouve que des systèmes de transmission du mouvement. Selon toi, qui a raison et pourquoi?
Une transformation de mouvement est une action mécanique qui change la nature du mouvement (rotation à translation ou translation à rotation).
Une transmission de mouvement est une communication d’un même
mouvement d’un organe à un autre, avec variation possible de vitesse. Dans le cas de la machine à bulles, nous retrouvons plusieurs systèmes de
transmission du mouvement. C’est donc Luc qui a raison.
8. À l’aide du tableau suivant, caractérise les 3 liaisons ciblées sur les
photos ci-dessous.
Liaisons Démontable/
indémontable
Direct/
indirect
Rigide/
élastique
Complète/
partielle
1 Démontable Direct Rigide Complète
2 Démontable Indirect Rigide Complète
3 Indémontable Indirect Rigide Complète
Liaison #1
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Gérald Bolduc, TTP, CSVT 67
9. Quelles seraient les conséquences de l’augmentation du nombre de dents de l’engrenage identifié par la flèche?
Lorsqu’on augmente le nombre de dents d’un engrenage, la valeur du
rapport de vitesse change par rapport à celui original (roue motrice sur roue menée). Pour calculer ce rapport, on divise le nombre de dents de l’organe
moteur par le nombre de dents de l’organe récepteur. Ainsi, plus le
nombre de dents de l’organe récepteur augmente, plus le rapport de vitesse diminue et que l’effort fourni par le moteur sera petit. Par
conséquent, la soufflerie roulera moins rapidement et fournira moins de bulles.
Liaison #2
Liaison #3
68 Danielle Hubert, CSP.
Activité préalable supplémentaire
Science et technologie : Dossier laboratoires
De l’électricité pour la planète!
Nom : ________________________ Date : __________
BUT : produire de l’énergie électrique sans utiliser de piles ni prises de courant.
« L’énergie est une composante de l’environnement qui n’a ni masse ni volume. Elle n’est donc pas matérielle. Pourtant, l’énergie se mesure … Par exemple : un aliment présente des données nutritives donc une certaine quantité d’énergie en Kilojoules. En absorbant cet aliment, le corps gagne donc de l’énergie pour poursuivre ses activités. L’énergie absorbée peut se transformer en force et cette force en mouvement » ( Chenouda, Atef, Dubreuil, Mathieu, Galileo, volume 1 –manuel B, CEC, 2006)
Analyse de situations :
Foire aux questions ….
1. Il existe 6 formes d’énergie. Donne en une définition. Identifie pour chaque
forme d’énergie un exemple d’utilisation de cette énergie dans la nature (eau, son,
volcans, muscles, …) et par des objets techniques :
Forme d’énergie Définition Utilisation dans la
nature
Utilisation par des
objets techniques
lumineuse
Rayon lumière reçu par
l’oeil ou organe
spécialisé
Photosynthèse Cellules
photovoltaïques
thermique Rayon reçu par la peau
(chaleur)
Roche en fusion produit
de la lumière
Air réchauffé dans une
montgolfière fait monter
le ballon
mécanique Modifie le mouvement
Météorites entrent dans
l’atmosphère produit de
la lumière
Foret de la perceuse
produit de la chaleur
chimique Atomes en mouvement
libèrent de la chaleur
Luciole émet de la
lumière
Substances chimiques
d’une pile produite de
l’énergie
nucléaire Énergie emmagasinée
dans noyau de l’atome
Uranium contient des
particules radioactives
Dans un détecteur de
fumée, énergie de
l’américium (radioactif)
produit un courant
électrique
électrique
Résulte du mouvement
des particules positives
et négatives de la
matière
Les nuages produisent
éclairs de lumière
Moteurs qui entraînent
le mouvement des pièces
Énergie Force Mouvement
69 Danielle Hubert, CSP.
l’énergie électrique
Un groupe électrogène est un dispositif autonome capable de produire de l'électricité. La plupart des groupes sont constitués d'un moteur thermique qui actionne un alternateur. Leur taille et leur poids peuvent varier de quelques kilogrammes à plusieurs dizaines de tonnes. Ils fonctionnent à partir de tous les carburants. Les plus fréquents sont l'essence, le gazole, le gaz naturel, le GPL, les biocarburants et pour les plus puissants le fioul lourd .Le groupe peut être mis en fonctionnement de différentes manières : manuellement, électriquement ou grâce à l'air comprimé selon leur puissance. (http://fr.wikipedia.org/)
2. Peut-on transformer de l’énergie mécanique en énergie électrique ? Peux-tu
proposer un exemple ?
La bicyclette : l’énergie électrique consommée par les ampoules de la dynamo provient de l’énergie
mécanique (roulement de la roue) produite par la force musculaire fournie par le cycliste. L’alternateur
(improprement appelé dynamo) permet cette transformation. Il y aura production d’un courant alternatif.
3. Est-il plus facile de pédaler lorsque les ampoules fonctionnent? Non, il faut fournir un effort plus important quand les ampoules fonctionnent (nécessité de fournir un
surcroît d’énergie musculaire pour obtenir de l’énergie électrique)
4. Quel est le rôle des piles dans un circuit électrique ?
Une pile électrique (ou plus simplement pile) est un dispositif électrochimique transformant l'énergie
d'une réaction chimique en énergie électrique. Le boîtier d'une pile abrite une réaction chimique
entre deux substances dont l’une peut céder facilement des électrons (matériau réducteur), et l’autre qui les
absorbe (matériau oxydant). Une pile fournit donc du courant continu
5. Complète le schéma : Fais le lien entre les différents types d’énergie mises en
cause quant au fonctionnement de la dynamo d’un vélo. Mots-clés : énergie
électrique, musculaire et mécanique ainsi que les pièces du vélo nécessaire à la
transformation de l’énergie
musculaire mécanique électrique
Pédalier, chaîne,
pignon et roue alternateur
70 Danielle Hubert, CSP.
6. Peut-ton obtenir de l’énergie de mouvement à partir de l’énergie électrique ?
Un exemple : le monte-charge …
Mandat : Vous aurez à concevoir un objet technologique permettant de générer un
mouvement à un objet par la transformation de l’énergie électrique fournie par une pile.
Matériel : batterie de 9 volts, pinces alligator, poulies, courroie, masse à déplacer,
fil de pêche, brochettes de bois (axe), coroplaste (support), colle chaude, moteur.
Cahier des charges : masse à soulever entre 10 et 20 grammes, dimension maximale du
dispositif : 216 mm x 280 mm
Cerne le problème :
Fabriquer un monte-charge qui soulèvera une masse de 10 grammes à l’aide d’un
système de transmission de mouvement actionné par un moteur alimenté par une
batterie de 9 volts.
Élaboration du plan d’action :
1- réaliser le montage batterie – fils – moteur
2- fabriquer le dispositif de transmission de mouvements avec des poulies fixées à un
support et reliées à un axe inséré dans un boitier (coroplaste)
3- suspendre la masse à l’axe de rotation d’une poulie
Esquisse du dispositif :
Énergie
électrique
Énergie
mécanique
moteur
Objet monte ou
descend Fournie
par la pile
moteur
masse
Batterie
9 volts
poulies
Axe de rotation
et cadre
71 Danielle Hubert, CSP.
Aussi, si on fournit de l’énergie mécanique à un moteur, il fonctionne comme un alternateur et transforme cette énergie mécanique en énergie électrique.
7. Comment peut-on mettre en mouvement un moteur s’il est impossible d’utiliser
une pile ou une batterie? Donne un exemple technologique.
Un moulin à eau, un moulin à vent, en actionnant le moteur avec les mains, une chute
d’eau,…
72
CD1 : Démarche de conception d’un dispositif
Critères A B C D E
Représentation
adéquate de la
situation.
Indique clairement toutes les caractéristiques du cahier des charges.
Indique les principales caractéristiques du cahier des charges.
Indique quelques-unes des caractéristiques du cahier des charges.
Indique peu de caractéristiques du cahier des charges ou transcrit intégralement tout le texte du cahier des charges.
Indique des caractéristiques sans égard au cahier des charges.
Représente et explique clairement toutes les caractéristiques du fonctionnement du prototype et précise les relations entre les composants Indique les principales
Représente et explique clairement la plupart des caractéristiques du
fonctionnement du prototype, et précise partiellement les relations entre les composants.
Représente et explique certaines caractéristiques du fonctionnement du prototype sans préciser les relations entre les composants.
Ébauche et explique sommairement des caractéristiques du
fonctionnement du prototype.
Ébauche et mentionne des caractéristiques sans liens avec le fonctionnement du prototype.
Élaboration d’un plan
d’action
Élabore un plan d’action complet et détaillé en présentant de façon hiérarchisée toutes les pièces de son prototype, et précise les matériaux, les dimensions et les outils utilisés.
Élabore un plan d’action partiel en présentant de façon hiérarchisée les principales pièces de son prototype, et précise les matériaux, les dimensions et les outils utilisés.
Élabore un plan d’action partiel en présentant de façon hiérarchisée quelques pièces de son prototype, et ne précise que partiellement les matériaux, les dimensions et les outils utilisés.
Énumère de façon hiérarchisée un nombre insuffisant de pièces, et ne précise que partiellement les matériaux, les dimensions et les outils utilisés.
Énumère de façon non hiérarchisée un nombre insuffisant de pièces.
Mise en œuvre
adéquate du plan
d’action
Travaille de façon sécuritaire et efficace en adaptant sa démarche au besoin.
Travaille de façon sécuritaire en adaptant sa démarche au besoin.
Travail de façon sécuritaire. Utilisation peu appropriée du matériel.
Travail de façon non sécuritaire.
Consigne de manière précise et détaillée trois problèmes rencontrés ainsi que les décisions prises et ajustement faits au cours de la conception de son prototype.
Consigne trois problèmes rencontrés ainsi que les ajustements faits au cours de la conception de son prototype.
Consigne deux problèmes rencontrés ainsi que les décisions prises au cours de la conception de son prototype, OU énumère trois problèmes
Propose peu d’ajustements appropriés, peu importe le nombre de problèmes consignés, OU indique un problème rencontré et un ajustement partiel.
Indique un problème rencontré sans proposer
d’ajustement.
Élaboration de
conclusions,
d’explications ou de
sol tions pertinentes.
Présente un prototype qui possède toutes les caractéristiques conformes au cahier des charges.
Présente un prototype qui possède les principales caractéristiques indiquées dans le cahier des charges.
Présente un prototype qui possède quelques-unes des caractéristiques conformes au cahier des charges.
Présente un prototype qui possède des caractéristiques plus ou moins conformes au cahier des charges.
Présente un prototype dont les caractéristiques sont non conformes au cahier des charges.
Compare son prototype au cahier des charges et en justifie toutes les caractéristiques.
Compare son prototype au cahier des charges et en justifie les principales caractéristiques.
Compare son prototype à quelques contraintes du cahier des charges et en justifie les principales caractéristiques.
Propose des améliorations peu pertinentes.
Ne propose aucune amélioration.
Légères modifications d’une grille d’évaluation du MELS, Épreuve pratique, démarche de conception, 2010
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Stephanie Belhumeur, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
73
L’eau de pluie : une ressource naturelle à récupérer
Mise en situation Les changements climatiques font de plus en plus les manchettes. Ils inquiètent les chercheurs, mais aussi les citoyens. Les climatologues prévoient une augmentation des pluies diluviennes d’ici 2050 ce qui entraînera des refoulements d’égouts plus fréquents. La ville de Montréal fait appel à la contribution des citoyens. L’objectif est de diminuer la quantité d’eau rejetée dans les égouts. Un dispositif pourrait être conçu en vue de récupérer l’eau de pluie qui s’écoule des gouttières avant d’être rejetée dans les égouts fluviaux. Certains citoyens envisagent même d’intégrer un moyen de produire de l’électricité en utilisant l’eau de pluie.
Mandat 1 :
Mandat 2 :
Noms :______________________
____________________________
ATS Annexe 8
Vous aurez à concevoir un dispositif fonctionnel qui convertit l’énergie mécanique (provenant de l’eau) en énergie électrique. Vous devez noter que votre système sera mis à l’épreuve! La conception doit répondre aux exigences du cahier des charges.
Vous aurez à faire des recommandations aux citoyens qui aimeraient réduire le ruissellement pluvial et mieux l’utiliser dans leur cour, en vue d’assurer un bon drainage de leur terrain.
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
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Le cahier des charges
Au regard du milieu humain, votre dispositif devra être :
Transportable dans une boîte de 25 cm x 25 cm x 30 cm;
Peu encombrant, sécuritaire et facile d’utilisation.
Au regard du milieu physique, le dispositif devra être :
Fabriqué de matériaux mis à votre disposition en classe ou mis au recyclage et adapté aux conditions normales d’utilisation;
Étanche à l’eau.
Au regard du milieu technique, le dispositif:
Devra être mis en action par une chute d’eau (robinet d’évier);
Devra s’adapter à un générateur de courant alternatif;
Devra faire fonctionner une petite sonnette (énergie électrique).
Au regard du milieu industriel, le dispositif devra :
Être conçu dans le cadre de 3 périodes de 75 minutes ;
Être totalement réalisé en classe
La date de remise du dispositif est le : ______________________
Fonction globale : Concevoir un dispositif qui utilise l’énergie mécanique provenant de l’eau. Votre dispositif, muni d’un changement de vitesse, sera annexé à un générateur de CA afin d’obtenir de l’énergie électrique.
Matériaux et outils
Matériaux Outils
Bois; Goujons de bois; Tige (cintre en métal) Coroplaste; Carton plume; Carton; Engrenages; Œillets; Tube flexible en vinyle 1/8’’ int. Poulies
Colle à bois; Colle chaude; Vis; Rondelles; Bouchon de liège; Autres matériaux disponibles en classe Autres matériaux recyclés provenant de la maison
Perceuse Pistolet à colle chaude Marteau Tournevis Couteau à lame
rétractable Pince Clé à molette Bloc à poncer Ciseaux
Serre-joint Niveau Scie Forets Lunettes Papier
sablé Règle Compas
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Décrire le problème
1 A) À partir du cahier des charges, expliquez ce que vous devez faire et énumérez les caractéristiques à considérer pour la conception de votre prototype.
Je dois :
Mon prototype doit posséder les caractéristiques suivantes :
1 B) À partir de la mise en situation, expliquez ce qui est attendu de vous concernant le ruissellement pluvial.
CD 1 : Représentation adéquate de la situation (critère 1)
CD 3 : Interprétation juste de messages à caractère scientifique et à caractère technologique
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2 A) Représentez le schéma de principe de votre dispositif
2 B) Expliquez le fonctionnement de votre dispositif.
Schéma de principe
CD 1 : Représentation adéquate de la situation (critère 1)
CD 3 : Interprétation juste de messages à caractère scientifique et à caractère technologique
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
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Planifie ta démarche
3. Planifiez les étapes de conception des différentes pièces de votre dispositif. Élaborez une liste des opérations, un schéma de construction ou un réseau de concepts en précisant les matériaux, les dimensions, les outils et le type de mécanisme du mouvement (transmission ou transformation) utilisés.
CD 1 : Élaboration d’un plan d’action pertinent,(critère 2) CD 3 : Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie dans
la production de messages
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Les traces de vos essais et de vos résultats (ajustements si nécessaire)
4. Consignez trois problèmes rencontrés lors de la conception de votre prototype et indiquez les décisions prises pour régler ces problèmes. Ces problèmes ont pu survenir à l’une ou l’autre des étapes (conception, fabrication ou assemblage) de votre démarche.
Problèmes rencontrés Décisions
Si vous modifiez le plan d’action, reportez les changements sur les croquis ainsi que sur la liste de matériaux et d’outils. Assurez-vous de noter toutes les modifications.
Autres précisions au besoin :
CD 1 : Mise en œuvre adéquate du plan d’action
CD 3 : Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie dans la
production de messages
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Analyse de vos résultats ou de vos essais
5 A) D’après vous, quelles caractéristiques de votre prototype prouvent qu’il répond aux caractéristiques du cahier des charges?
5 B) Quels sont les aspects que vous pourriez améliorer?
CD 1 : Élaboration de conclusions, d’explications ou de solutions pertinentes CD 3 : Respect de la terminologie, des règles et des conventions propres à la science et à la technologie dans
la production de messages
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP.
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RECOMMANDATIONS
Dans un court texte, tu dois maintenant écrire tes recommandations quant à la façon dont les citoyens pourraient réduire le ruissellement pluvial et mieux l’utiliser dans leur cour.
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CD 2 : Justification adéquate des explications, des solutions, des décisions ou des opinions CD3 : Production ou transmission adéquate de messages à caractères scientifique ou technologique
CDP 81
Marie-Eve Comeau, CSTL, Aude Laflèche, CSTL, Marie-Josée Simard, CSTL Chantal Arpin, CSP et Danielle Hubert, CSP. 82