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Objectif de la simulation

La simulationcircuit électriquede FizziQ Web permet de construire et d’analyser des circuits électriques simples en assemblant différents composants.

Elle permet d’étudier :

  • la loi d’Ohm

la loi d’Ohm

  • le rôle des générateurs

le rôle des générateurs

  • le comportement des résistances

le comportement des résistances

  • le fonctionnement d’une ampoule

le fonctionnement d’une ampoule

  • l’utilisation d’un ampèremètre et d’un voltmètre

l’utilisation d’un ampèremètre et d’un voltmètre

  • l’effet d’un interrupteur ou d’une diode

l’effet d’un interrupteur ou d’une diode

Cette simulation génère des données exploitables dans lecahier d’expériencede FizziQ Web lorsque des mesures sont enregistrées.

Ce que vous allez apprendre

À la fin de cette activité, vous saurez :

  • ajouter des composants dans un circuit

ajouter des composants dans un circuit

  • relier des bornes pour construire un circuit fermé

relier des bornes pour construire un circuit fermé

  • modifier les propriétés d’un composant

modifier les propriétés d’un composant

  • mesurer une tension ou une intensité

mesurer une tension ou une intensité

  • enregistrer des mesures

enregistrer des mesures

  • exporter les données vers le cahier d’expérience

exporter les données vers le cahier d’expérience

Durée estimée : 10 à 30 minutes

Niveau conseillé : Collège – Lycée

Fonction utilisée : Simulation physique

Ouvrir la simulation du circuit électrique

Accéder aux simulations

  • Dans la barre latérale gauche, cliquer surExpérimenter

Dans la barre latérale gauche, cliquer surExpérimenter

  • Ouvrir la sectionSimulations

Ouvrir la sectionSimulations

  • SélectionnerSimulation circuit électrique

SélectionnerSimulation circuit électrique

La fenêtre affiche :

  • une zone de construction du circuit

une zone de construction du circuit

  • une barre d’outils pour ajouter des composants

une barre d’outils pour ajouter des composants

  • un panneau de propriétés

un panneau de propriétés

  • un boutonRECpour enregistrer les mesures

un boutonRECpour enregistrer les mesures

Ajouter des composants au circuit

La simulation permet d’ajouter plusieurs types de composants.

Sources d’énergie

Vous pouvez ajouter :

  • unepile

unepile

  • ungénérateur alternatif

ungénérateur alternatif

La pile fournit une tension continue.Le générateur alternatif fournit une tension variable dans le temps.

Composants du circuit

Vous pouvez ajouter :

  • unfil

unfil

  • unerésistance

unerésistance

  • uneampoule

uneampoule

  • uninterrupteur

uninterrupteur

  • unediode

unediode

Ces composants permettent de construire un circuit simple en série.

Instruments de mesure

Vous pouvez ajouter :

  • unampèremètre

unampèremètre

  • unvoltmètre

unvoltmètre

L’ampèremètre mesure l’intensité dans le circuit.Le voltmètre mesure une différence de potentiel entre deux points.

Construire un circuit

Étape 1 : Ajouter les composants

  • Cliquer sur un composant dans la barre d’outils

Cliquer sur un composant dans la barre d’outils

  • Le composant apparaît dans la zone de travail

Le composant apparaît dans la zone de travail

  • Répéter l’opération pour compléter le circuit

Répéter l’opération pour compléter le circuit

Étape 2 : Déplacer les composants

  • Cliquer sur un composant

Cliquer sur un composant

  • Le faire glisser dans la zone de travail

Le faire glisser dans la zone de travail

  • Organiser le schéma pour le rendre lisible

Organiser le schéma pour le rendre lisible

Étape 3 : Relier les bornes

  • Faire glisser les extrémités d’un fil ou les bornes nécessaires

Faire glisser les extrémités d’un fil ou les bornes nécessaires

  • Approcher deux bornes l’une de l’autre

Approcher deux bornes l’une de l’autre

  • La connexion s’effectue automatiquement lorsque les bornes se touchent

La connexion s’effectue automatiquement lorsque les bornes se touchent

Une borne connectée change d’apparence, ce qui permet de vérifier que la liaison est bien faite.

Étape 4 : Vérifier que le circuit est fermé

Pour qu’un courant puisse circuler, il faut :

  • une source d’énergie

une source d’énergie

  • un trajet fermé

un trajet fermé

  • des connexions correctes

des connexions correctes

Dans cette simulation, l’analyse se fait automatiquement dès qu’un circuit valide est construit.

Modifier les propriétés d’un composant

Lorsqu’un composant est sélectionné, un panneau de propriétés apparaît.

Pile

Vous pouvez régler :

  • la tension

la tension

  • la résistance interne

la résistance interne

Résistance

Vous pouvez régler :

  • la valeur de la résistance

la valeur de la résistance

Générateur alternatif

Vous pouvez régler :

  • la tension

la tension

  • la fréquence

la fréquence

  • la résistance interne

la résistance interne

Interrupteur

Vous pouvez choisir :

  • ouvert

ouvert

  • fermé

fermé

Mesurer une intensité ou une tension

Utiliser l’ampèremètre

Placer l’ampèremètre dans le circuit.

Il doit être inséréen série.

Lorsque le circuit est fermé, il affiche l’intensité mesurée.

Utiliser le voltmètre

Le voltmètre possède deux sondes.

  • Placer la sonde rouge sur un point du circuit

Placer la sonde rouge sur un point du circuit

  • Placer la sonde noire sur un autre point

Placer la sonde noire sur un autre point

  • Lire la tension affichée

Lire la tension affichée

Le voltmètre mesure la différence de potentiel entre ces deux points.

Faire fonctionner le circuit

Dans cette simulation, il n’y a pas de boutonSTARTouSTOP.

Le circuit fonctionne dès que :

  • les composants sont correctement reliés

les composants sont correctement reliés

  • le circuit est fermé

le circuit est fermé

  • la source est présente

la source est présente

  • les conditions de conduction sont remplies

les conditions de conduction sont remplies

Par exemple :

  • un interrupteur ouvert bloque le courant

un interrupteur ouvert bloque le courant

  • une diode montée dans le mauvais sens bloque le courant

une diode montée dans le mauvais sens bloque le courant

  • une ampoule ne s’allume que si le courant circule

une ampoule ne s’allume que si le courant circule

Enregistrer les données

Le boutonRECpermet d’enregistrer les mesures du circuit.

Contrairement aux autres simulations de FizziQ Web, il ne lance pas unmouvement.Ildémarre uniquement l’enregistrement des valeurs mesurées dans le circuit.

Étape 1 : Préparer le circuit

Avant d’enregistrer, vérifier que :

  • le circuit est fermé

le circuit est fermé

  • au moins un instrument mesure une grandeur

au moins un instrument mesure une grandeur

  • la valeur affichée est bien visible

la valeur affichée est bien visible

L’enregistrement n’est utile que si une tension ou une intensité peut être mesurée.

Étape 2 : Démarrer l’enregistrement

  • Cliquer surREC

Cliquer surREC

Les mesures commencent à être enregistrées automatiquement.

Les valeurs sont relevées au cours du temps.

Cela est particulièrement utile pour :

  • un générateur alternatif

un générateur alternatif

  • une tension variable

une tension variable

  • une intensité variable dans le temps

une intensité variable dans le temps

Étape 3 : Arrêter l’enregistrement

  • Cliquer à nouveau surREC

Cliquer à nouveau surREC

À cet instant :

  • les données sont automatiquement exportées

les données sont automatiquement exportées

  • le cahier d’expérience s’ouvre

le cahier d’expérience s’ouvre

  • un graphique est créé automatiquement

un graphique est créé automatiquement

Dans FizziQ Web, les données exportées peuvent ensuite être étudiées dans le tableau pour ajouter des grandeurs ou modifier le graphique.

Comprendre les grandeurs physiques mesurées

La simulation repose sur des relations simples d’électricité.

Tension

La tension représente la différence de potentiel entre deux points.

Elle s’exprime en volts.

Elle est mesurée avec le voltmètre.

Intensité

L’intensité représente le courant qui traverse le circuit.

Elle s’exprime en ampères.

Elle est mesurée avec l’ampèremètre.

Résistance

La résistance caractérise l’opposition au passage du courant.

Elle s’exprime en ohms.

Plus la résistance est grande, plus l’intensité est faible à tension fixée.

Comprendre le modèle physique

Loi d’Ohm

La relation fondamentale utilisée est :

U = R × I

où :

  • U est la tension

U est la tension

  • R est la résistance

R est la résistance

  • I est l’intensité

I est l’intensité

Cette relation permet d’étudier les circuits simples.

Circuit en série

La simulation est particulièrement adaptée auxcircuits en série simples.

Dans ce cas :

  • le courant est le même dans tout le circuit

le courant est le même dans tout le circuit

  • les résistances s’additionnent

les résistances s’additionnent

  • les tensions peuvent être comparées aux bornes des composants

les tensions peuvent être comparées aux bornes des composants

Courant alternatif

Avec un générateur alternatif, la tension varie dans le temps.

La simulation permet alors d’observer :

  • une variation périodique de la tension

une variation périodique de la tension

  • une variation périodique de l’intensité

une variation périodique de l’intensité

L’enregistrement devient alors particulièrement intéressant.

Observer le comportement du circuit

Pendant l’utilisation, plusieurs indices visuels apparaissent.

Vous pouvez observer :

  • l’ampoule allumée ou éteinte

l’ampoule allumée ou éteinte

  • la valeur affichée par les instruments

la valeur affichée par les instruments

  • les bornes connectées

les bornes connectées

  • les électrons animés dans les segments actifs

les électrons animés dans les segments actifs

  • l’effet d’un interrupteur ou d’une diode

l’effet d’un interrupteur ou d’une diode

Ces éléments facilitent la compréhension du fonctionnement du circuit.

Export automatique des données

À l’arrêt de l’enregistrement, les données sont envoyées automatiquement vers lecahier d’expérience.

Aucune action supplémentaire n’est nécessaire.

Les données exportées peuvent contenir :

  • le temps

le temps

  • la tension

la tension

  • l’intensité

l’intensité

L’export se fait sous forme de graphique, ce qui permet ensuite de retravailler les données dans le cahier d’expérience.

Exploiter les données dans le cahier d’expérience

Une fois exportées, les données peuvent être analysées.

Vous pouvez :

  • tracer la tension en fonction du temps

tracer la tension en fonction du temps

  • tracer l’intensité en fonction du temps

tracer l’intensité en fonction du temps

  • comparer plusieurs mesures

comparer plusieurs mesures

  • ajouter une grandeur calculée

ajouter une grandeur calculée

  • modifier le graphique

modifier le graphique

Ces manipulations utilisent les outils standards du cahier d’expérience de FizziQ Web.

Activités pédagogiques recommandées

Activité 1 : Vérifier la loi d’Ohm

  • Construire un circuit avec une pile, une résistance et un ampèremètre

Construire un circuit avec une pile, une résistance et un ampèremètre

  • Faire varier la tension de la pile

Faire varier la tension de la pile

  • Relever l’intensité

Relever l’intensité

Objectif :

Observer que l’intensité dépend de la tension et de la résistance.

Activité 2 : Étudier l’effet de la résistance

  • Construire un circuit simple en série

Construire un circuit simple en série

  • Faire varier la valeur de la résistance

Faire varier la valeur de la résistance

  • Observer l’intensité et l’état de l’ampoule

Observer l’intensité et l’état de l’ampoule

Objectif :

Montrer que l’intensité diminue lorsque la résistance augmente.

Activité 3 : Étudier un générateur alternatif

  • Construire un circuit avec un générateur alternatif

Construire un circuit avec un générateur alternatif

  • Ajouter un ampèremètre ou un voltmètre

Ajouter un ampèremètre ou un voltmètre

  • Enregistrer les mesures

Enregistrer les mesures

  • Étudier la courbe obtenue

Étudier la courbe obtenue

Objectif :

Observer un signal périodique électrique.

Activité 4 : Étudier une diode

  • Construire un circuit avec une diode

Construire un circuit avec une diode

  • Observer le comportement dans un sens

Observer le comportement dans un sens

  • Inverser le montage

Inverser le montage

  • Comparer les résultats

Comparer les résultats

Objectif :

Comprendre qu’une diode ne laisse passer le courant que dans un seul sens.

Limites du modèle physique

La simulation repose sur des simplifications.

Principales limites :

  • elle est adaptée surtout aux circuits en série simples

elle est adaptée surtout aux circuits en série simples

  • elle ne gère pas correctement les circuits complexes à branches multiples

elle ne gère pas correctement les circuits complexes à branches multiples

  • les fils sont considérés comme idéaux

les fils sont considérés comme idéaux

  • les instruments de mesure sont idéaux

les instruments de mesure sont idéaux

  • la diode est modélisée de manière simplifiée

la diode est modélisée de manière simplifiée

Ces hypothèses simplifient le modèle pour un usage pédagogique.

Questions fréquentes (FAQ)

Pourquoi l’ampoule ne s’allume-t-elle pas ?

Le circuit est peut-être ouvert, mal connecté, ou la diode bloque le courant.

Vérifiez aussi la présence d’une source d’énergie.

Pourquoi le voltmètre n’affiche-t-il rien ?

Les deux sondes doivent être placées sur deux points du circuit.

Il faut également que la différence de potentiel soit mesurable.

Pourquoi l’ampèremètre ne mesure-t-il rien ?

L’ampèremètre doit être placé en série dans un circuit fermé.

S’il n’y a pas de courant, la valeur reste nulle ou absente.

Peut-on enregistrer les données sans instrument de mesure ?

Non.

Il faut au moins un voltmètre ou un ampèremètre pour enregistrer une grandeur.

Peut-on utiliser cette simulation pour des circuits parallèles complexes ?

Elle est surtout conçue pour des circuits simples en série.

Pour des circuits complexes, les résultats peuvent être limités.

Voir aussi

  • Introduction à la documentation FizziQ Web

Introduction à la documentation FizziQ Web

  • Créer un tableau de données

Créer un tableau de données

  • Ajouter une grandeur calculée

Ajouter une grandeur calculée

  • Tracer un graphique

Tracer un graphique

  • Utiliser le cahier d’expérience

Utiliser le cahier d’expérience

  • Étudier la loi d’Ohm

Étudier la loi d’Ohm