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Moteurs électriques Page 1 sur 11 Développé par l’IEEE dans le cadre de TryEngi

Moteurs électriques Page 1 sur 11 Développé par l’IEEE dans le cadre de TryEngineering www.tryengineering.org Tout sur les moteurs électriques Présenté par TryEngineering - www.tryengineering.org Cliquez ici pour donner votre avis sur cette leçon. O b j e t d e l a l e ç o n Moteurs électriques : les principes et emplois courants. Remarque : Ce plan de leçons est conçu pour être réalisé en classe uniquement, sous la supervision d’un enseignant ayant de bonnes notions d’électricité et d’électronique. S o m m a i r e d e l a l e ç o n Les élèves étudient les principes de base des moteurs électriques et en explorent les emplois courants. À l’aide d’un kit bon marché, ils construisent un modèle utilisable de moteur électrique pour toute la classe. Ils forment ensuite des équipes « d’ingénieurs » en vue de déterminer les modifications nécessaires pour rendre le moteur utilisable dans un sèche-cheveux. N i v e a u x d ’ â g e 10-18 ans. O b j e c t i f s Apprendre les principes de base des moteurs électriques. Appliquer la théorie aux emplois courants des moteurs électriques. Construire un modèle utilisable de moteur électrique pour toute la classe. R é s u l t a t s e s c o m p t é s à l a f i n d e l a l e ç o n Au terme de cette activité, les élèves âgés de 10 à 14 ans devraient acquérir une compréhension des sujets suivants : Principes des moteurs électriques Principes du magnétisme Principes des courants électriques Les élèves devront également appliquer la théorie aux emplois courants des moteurs électriques et développer leurs connaissances de la conception et du fonctionnement d’un moteur. M o t e u r s é l e c t r i q u e s : I n t r o d u c t i o n Voici quelques principes pédagogiques de base sur les moteurs électriques : Les aimants s’attirent et se repoussent. Les pôles identiques se repoussent, les pôles contraires s’attirent. Un courant électrique produit un champ magnétique. La force et la direction du champ magnétique varient en fonction de la force et de la direction du courant électrique. Le simple fait d’enrouler un fil porteur de courant électrique autour d’une barre en fer crée un aimant qui peut être activé et désactivé. De même, la force et la direction des pôles magnétiques peuvent facilement être contrôlées en changeant la force et la direction du courant électrique. Moteurs électriques Page 2 sur 11 Développé par l’IEEE dans le cadre de TryEngineering www.tryengineering.org M o t e u r s é l e c t r i q u e s : I n t r o d u c t i o n ( s u i t e ) Vue d’ensemble des principes de base Principes du magnétisme Le magnétisme est une force naturelle qui attire et repousse. À l’inverse de la pesanteur, qui exerce uniquement une force d’attraction sur tout objet, certains types de matériaux seulement peuvent être magnétisés de façon à ce qu’ils exercent une force magnétique, et certains matériaux seulement sont affectés par cette force, principalement les métaux comme le fer et le nickel. Lorsqu’un objet devient magnétisé et exerce une force magnétique, on l’appelle un aimant. Un aimant possède un pôle magnétique à chaque extrémité : un pôle nord et un pôle sud. Les pôles identiques se repoussent et les pôles contraires s’attirent. Un pôle nord attire le pôle sud d’un autre aimant, mais repousse un pôle nord, et un pôle sud attire le pôle nord, mais repousse un pôle sud. La Terre est en fait un aimant géant, qui possède un pôle nord et un pôle sud magnétiques, ce qui explique pourquoi le pôle sud d’un petit aimant (comme l’extrémité de l’aiguille d’une boussole magnétique) pointera toujours vers le nord. La force magnétique autour d’un aimant forme un champ magnétique. Ce champ est constitué de lignes de force allant du pôle nord au pôle sud. Lorsque des pôles contraires sont rapprochés, leurs lignes de force se joignent ; mais lorsque des pôles identiques sont rapprochés, leurs ligne de force se repoussent. Électroaimants Les chercheurs se sont longtemps demandés s’il y avait un rapport entre les forces d’attraction et de répulsion de l’électricité et celles du magnétisme. En 1820, le physicien danois Hans Christian Øersted découvre qu’un fil électrique traversé par un courant électrique produit un champ magnétique. En fait, le fait d’enrouler un fil électrique autour d’un noyau en fer et d’y faire passer du courant électrique produit un puissant effet magnétique appelé « électroaimant ». Le physicien britannique Michael Faraday découvre par la suite que le déplacement d’un fil électrique à travers un champ magnétique génère du courant. C’est ce qu’on appelle l’induction. Application des principes magnétiques et électriques à la conception des moteurs Ces découvertes ont mené à l’invention des générateurs et moteurs électriques. Un générateur électrique transforme le mouvement (produit par un moteur à vapeur, par le vent ou autre) en électricité. Un moteur électrique reconvertit l’électricité en mouvement. Ces deux machines sont la base de l’énergie électrique moderne. A c t i v i t é s d e l a l e ç o n Vue d’ensemble I. Introductions II. Vue d’ensemble des principes de base des moteurs A. Principes du magnétisme B. Électroaimants C. Application des principes magnétiques et électriques à la conception des moteurs III. Construction d’un moteur IV. Essai V. Suggestions d’enseignement pédagogique VI. Questions et réponses VII. Avis de l’enseignant Moteurs électriques Page 3 sur 11 Développé par l’IEEE dans le cadre de TryEngineering www.tryengineering.org R e s s o u r c e s / M a t é r i a u x Documents de ressource aux enseignants (en pièces jointes) Kit de moteur électrique pour jouets (bas de gamme), disponible auprès de Science First, 800-799-8301 ou sur www.sciencefirst.com. Voir description du produit ci-jointe. Fournitures non comprises dans le kit : papier abrasif, ruban adhésif en cellophane, ciseaux ou pinces coupe-fil, piles, petit tournevis A l i g n e m e n t s u r l e s s t r u c t u r e s d e s p r o g r a m m e s s c o l a i r e s Voir la fiche ci-jointe décrivant l’alignement des programmes scolaires. L i e n s I n t e r n e t TryEngineering (www.tryengineering.org) Musée virtuel IEEE (www.ieee-virtual-museum.org) (en anglais) International Technology Education Association Standards for Technological Literacy (en anglais) (www.iteawww.org/TAA/PDFs/ListingofSTLContentStandards.pdf) McREL Compendium of Standards and Benchmarks (en anglais) (www.mcrel.org/standards-benchmarks) Une compilation des normes en matière de contenu des programmes scolaires de la maternelle au secondaire, en formats recherche et navigation. National Science Education Standards (en anglais) (www.nsta.org/standards) Science First (fournisseur du kit de moteur pour jouets) (www.sciencefirst.com) (en anglais) L e c t u r e r e c o m m a n d é e ( e n a n g l a i s ) « The Usborne Book of Batteries & Magnets » (ISBN : 074602083X) « DK Eyewitness Series: Electricity » (ISBN : 0751361321) « Janice VanCleave's Physics for Every Kid: 101 Easy Experiments in Motion, Heat, Light, Machines, and Sound », de Janice VanCleave. « John Wiley & Sons » (ISBN : 0471525057) A c t i v i t é d ’ é c r i t u r e f a c u l t a t i v e Citer des exemples de moteurs utilisés à la maison ou à l’école. Rédiger une dissertation (ou un paragraphe, selon l’âge) décrivant l’impact du moteur sur la machine dans laquelle il est utilisé. Par exemple, un ventilateur électrique sans moteur devrait être actionné de toute autre manière pour produire du vent. R é f é r e n c e s Ralph D. Painter, Douglas Gorham et autres bénévoles de la section Côte ouest de la Floride, Etats-Unis, de l’IEEE URL : http://ewh.ieee.org/r3/floridawc Moteurs électriques Page 4 sur 11 Développé par l’IEEE dans le cadre de TryEngineering www.tryengineering.org Moteurs électriques P o u r l e s e n s e i g n a n t s : A l i g n e m e n t s u r l e s s t r u c t u r e s d e s p r o g r a m m e s s c o l a i r e s Remarque : Tous les plans de leçons de cette série sont alignés sur les normes nationales pour l’enseignement des sciences (National Science Education Standards), établies par le Conseil national de recherche des Etats-Unis (National Research Council) et approuvées uploads/Science et Technologie/ tout-sur-les-moteurs-electrique.pdf