Le concept de "différence de potentiel" dans l'enseignement de la physique

[sunyata]

Bonjour,

Définition de différence de potentiel :

La tension, ou différence de potentiel ou voltage, correspond à la quantité d'énergie transférée entre deux points d'un circuit électrique. Lorsque les charges électriques se déplacent dans un circuit électrique, elles transfèrent leur énergie aux différentes composantes du circuit (résistance, source lumineuse, etc.).

Pourquoi dans l'enseignement de la physique ne fait-on pas un usage plus général de cette notion, qui me semble s'appliquer à de nombreuses situations :

- Différence de potentiel gravitationnel
- Différence de potentiel de potentiel chimique
- Différence de potentiel thermique
- Différence de potentiel thermodynamique
- Différence de potentiel électromagnétique
- Différence de potentiel de potentiel nucléaire.

Ca fait le lien, avec la notion de "champ", et de "force", qui détermine des mouvements. Ca fait le lien aussi avec l'entropie.

A moins que ce de soit déjà le cas, j'ai quitté les bancs d'école il y a un moment, mais à l'époque ce n'était pas le cas. C'était comme un serpent de mer qui refaisait surface de temps en temps, alors que ca aurait pu donner un aperçu très large du paysage de la physique.


Cordialement,
-----

[gts2]

Bonjour,

La définition a besoin d'être un peu précisée "La tension correspond à la quantité d'énergie transférée pour une charge unitaire circulant entre deux points d'un circuit électrique.

Différence de potentiel gravitationnel : dans mgh, gh est bien l'équivalent de la tension
Différence de potentiel de potentiel chimique : pour la pression osmotique, c'est bien cette différence qui apparait. La thermochimie repose sur qui est une différence mais pondérée
Différence de potentiel thermique : la loi d'Ohm thermique fait apparaitre la différence de température

[sunyata]

En lien avec ce concept, il y a les concepts dérivés de "puit de potentiel", de "barrière de potentiel"

• Le puits de potentiel est une région de l'espace où la différence de potentiel est négative.
• La barrière de potentiel est une région de l'espace où la différence de potentiel est positive.

[f6bes]

Bjr Me demande si c'est une bonne définition ?
Quelle est la QUANTITE d'énergie transférée dans une "mesure" aux bornes d'une prise ou d'un accus ou ..RIEN n'est branché ?
Il ya bien une....DDP.
"....
La tension, ou différence de potentiel ou voltage, correspond à la quantité d'énergie transférée entre deux points d'un circuit électrique...."

Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]

[sunyata]

En effet ce concept protéiforme va s'appliquer de différentes manières, mais cela permet d'avoir un méta-modèle pour étudier de nombreux phénomènes physiques.

[Deedee81]

Salut,

Sur l'aspect enseignement :

Définition de différence de potentiel :
Pourquoi dans l'enseignement de la physique ne fait-on pas un usage plus général de cette notion, qui me semble s'appliquer à de nombreuses situations :
A moins que ce de soit déjà le cas, j'ai quitté les bancs d'école il y a un moment, mais à l'époque ce n'était pas le cas. C'était comme un serpent de mer qui refaisait surface de temps en temps, alors que ca aurait pu donner un aperçu très large du paysage de la physique.

Mais d'où tires-tu ça ? Parce que ça, c'est la définition en électricité. Et de mémoire on ne commence pas par ça (si je me souviens bien c'était en mécanique ou avec la gravité).

Et dans l'enseignement on y va pas à pas. Toujours (faut pouvoir assimiler)
Donc on voit des cas particuliers (propre à un domaine précis)
Puis plus tard on généralise.

Ce serait une erreur de donner dès le départ une définition très générale. La majorité comprendraient de travers ou simplement de la retiendraient pas.
Autre truc cité : faudrait être le plus mauvais prof du monde pour commencer la physique en parlant.... de l'entropie !!!!! Même la notion de champ mieux vaut éviter.
Par contre, ce qui peut se "toucher" dans la vie au quotidien : force, température, poids, ça oui. Ce sont de bons débuts.
Ne JAMAIS commencer en donnant un aperçu très large. Le cerveau humain n'est pas adapté à ça.
(sauf pour des concepts plus concrets et plus simple, et appris plus tôt : on apprend que les oiseaux volent avant de parler des autruches et même plus tôt encore on apprend à discriminer les quantités en nombres, poids, volumes, longueurs.... qui sont tous mélangés chez le bébé. Apprendre c'est aussi désapprendre Mais pas n'importe quoi n'importe comment)

La physique et la pédagogie sont deux choses très différentes et la pédagogie ne s'improvise pas.

EDIT je ne parle pas de l'université là, mais des jeunes étudiants en secondaire (et même un peu en primaire), de toute façon à l'université ça dépend aussi fortement du cursus. Un ingénieur n'apprend pas les choses de la même manière qu'un licencié en physique.

[sunyata]

Bjr Me demande si c'est une bonne définition ?
Quelle est la QUANTITE d'énergie transférée dans une "mesure" aux bornes d'une prise ou d'un accus ou ..RIEN n'est branché ?
Il ya bien une....DDP.

Bonne journée

Bonjour,

IL me semble que cela permet de distinguer :

"Les différences de potentiel statiques", qui impliquent l'existence d'une barrière de potentiel.

des " différences de potentiel dynamique" là où la barrière de potentiel a été franchie.

Exemple d'une bûche de bois, elle constitue un potentiel positif par rapport à son environnement.
Mais son énergie ne se dissipe dans l'environnement que si on fournit à la bûche une énergie d'activation,
pour qu'elle puisse passée de l'état de différence de potentiel statique à dynamique...

[sunyata]

Bonjour,

Je trouve ton approche très conservatrice. Je pense qu'en enseignant le concept de "différence de potentiel "dés le plus jeune âge,
nous pouvons aider les enfants à développer une compréhension plus profonde du monde qui les entoure.

[...]Puis plus tard on généralise.

Il y a des contre-exemples : J'ai appris les rudiments de la théorie des ensembles au CP, et approfondie au collège.
C'est un exemple d'enseignement de concept des plus abstrait dés le plus jeune âge. Par contre dans l'enseignement de la physique ressemble plus à une cacophonie, sans fil directeur.

[Deedee81]

Je trouve ton approche très conservatrice. Je pense qu'e[COLOR=#1F1F1F]n enseignant le concept de "différence de potentiel "dés le plus jeune âge,
nous pouvons aider les enfants à développer une compréhension plus profonde du monde qui les entoure.

Je pense que tu as tort (mais de fait, on ne saurait sûrement pas trancher, mais je peux donner la raison : c'est un concept loin d'être simple et un concept fort abstrait, avec les jeunes ij faut commencer par du simple et du concret, sinon bonjour les dégâts). Mon approche n'est ps conservatrice mais prudente : on parle de l'enseignement des jeunes là, pas de torchons ou de cailloux.

Pour l'exemple ou le contre-exemple des ensembles je suis d'accord. j'ai vécu la même chose (forcément vu notre âge). Bien que cette approche ait été fortement critiquée (elle a semble-t-il amplifié les échecs scolaires) mais je peux difficilement en juger vu que moi je n'ai pas eut de soucis (au contraire, j'ai été en finale des Olympiades des maths)

Par contre, parler de contre-exemple montre bien la complexité de la pédagogie. Et comme ça touche à l'éducation des enfants : faut pas jouer aux pédagogues. C'est comme la médecine : on ne donne pas de conseil sur comment pratiquer la médecine si on n'y connait rien. De même on ne donne pas de conseil sur l'éducation si on n'y connait rien. Bon, ici sur Futura, c'est pas trop grave (c'est pas la base de rédaction des programmes ou des cours de régents et contrairement à la médecine il n'y a pas d'interdiction légale) mais tout de même !!!! Y a des gens qui nous lisent alors : prudence

[f6bes]

Bonjour,

IL me semble que cela permet de distinguer :

"Les différences de potentiel statiques", qui impliquent l'existence d'une barrière de potentiel.

des " différences de potentiel dynamique" là où la barrière de potentiel a été franchie.

Exemple d'une bûche de bois, elle constitue un potentiel positif par rapport à son environnement.
Mais son énergie ne se dissipe dans l'environnement que si on fournit à la bûche une énergie d'activation,
pour qu'elle puisse passée de l'état de différence de potentiel statique à dynamique...

Remoi, Je m'en suis tenu au CONTENU de la phrase ( "modéle"....électrique)... . pas aux autres formes de "potentiel".
Bonne soirée

[polo974]

La théorie des ensembles, à la base, c'est (c'était) le sac de billes avec des billes vertes, des rouges etc, en terre, en verre, bref, ensembles/sous-ensembles...
C'est très concret.

Et c'est multi-usage, car on peut aussi faire de la numération et autres...

Cette idée de causer aussi abstrait, c'est un peu comme si on abordait les nombres avec les octonions ou plus simplement les quaternions pour ensuite redescendre aux entiers positifs...

De toute façon, c'est globalement impossible de faire du top down, vu qu'on ne connaît pas encore le top...

[Deedee81]

Salut Polo,

C'est exactement mon point de vue

Le top dow ou le dow top, ça doit être choisi selon les sujets et intelligemment, en se demandant "sur quoi l'étudiant peut-il se baser pour comprendre", "que sait-il déjà", "est-ce qu'il ne va pas y avoir rejet (pour diverses causes)"

Note que c'est loin d'être toujours simple.

C'est comme "l'immersion" pour les langues. Très bien pour les tous jeunes.
Mais pour des adultes ou presque : si tu connais déjà pas mal la langue : tu progresses vite, si tu ne connais pas du tout : tu fais du surplace (on sent le vécu ) car tu ne comprends rien et donc tu n'assimiles rien. J'ai vu (là, pas vécu) l'équivalent pour le français (la méthode globale) : tant les succès que les dégâts.

Et bien entendu il ne faut surtout pas confondre (pour revenir au sujet) : les bonnes définitions scientifiques et les bonnes définitions pédagogiques. Aucun enfant ne né avec la science infuse.

[Deedee81]

Je pense que tout ce que je vies de dire semble.... aller de soi. Mais non, quand on voit certaines décisions pédagogiques totalement sans aucun bon sens, y a de quoi se poser des questions.

Par contre, j'avais regardé certains épisodes de l'Université de Tous les Savoirs destiné non pas aux étudiants mais aux professeurs. J'avais trouvé ça génial. Ceux qui expliquaient, on voyait très bien qu'ils avaient de la bouteille

[ArchoZaure]

Bonjour.

Question pour un champion.

correspond à la quantité d'énergie transférée entre deux points d'un circuit électrique. Lorsque les charges électriques se déplacent dans un circuit électrique, elles transfèrent leur énergie aux différentes composantes du circuit (résistance, source lumineuse, etc.).

Je suis, je suis :
L'intensité électrique.

J'ai du mal à voir la définition plus haut comme étant en rapport avec un potentiel.
Soit c'est potentiel, soit c'est en action.
Ici c'est en action.
Et quand c'est en action, ça perd de sa potentialité.
C'est juste une question de français.

[polo974]

T'as plus que potentiellement raison.

Le sujet est (assez) mal présenté et peu pertinent.

[sunyata]

Il me parait intéressant de lister les thèmes étudiés pendant la scolarité pré-universitaires qui illustrent le concept de "différence de potentiel" sans ce que ce concept soit nommé ni même clairement défini :

- L'étude du plan incliné : Différence de potentiel gravitationnel : étudié en 5 ième
- L'étude du circuit électrique : Différence de potentiel électrique : étudié en 4 ième
- La réaction chimique : Différence de potentiel thermodynamique : étudiée en 4 ième
- Le principe fondamentale de la statique des fluides : Différence de potentiel gravitationnel étudié en 3 ième
- L'étude du phénomène osmotique : Différence de potentiel chimique étudié en 4 ième
- L'étude de la machine thermique : Différence de potentiel thermodynamique étudié en 2 seconde
- L'étude des réactions d'oxydo-réduction (Principe de fonctionnement des batteries) Différence de potentiel redox. qui est étudié en 1 ère.

à l'université :
- est étudié la différence de potentiel thermodynamique.
- La fission nucléaire La fusion nucléaire :

Pour ce qui est du concept d'énergie :

En sixième, les élèves apprennent à définir l'énergie comme la capacité à produire un travail. Ils étudient également les différentes formes d'énergie, telles que l'énergie mécanique, l'énergie thermique, l'énergie électrique et l'énergie chimique.
En cinquième, les élèves apprennent à distinguer les différentes formes d'énergie et à calculer l'énergie totale d'un système. Ils étudient également les conversions d'énergie.
En quatrième, les élèves apprennent à appliquer les lois de la conservation de l'énergie à des situations concrètes. Ils étudient également les applications de l'énergie dans la vie quotidienne. En troisième, les élèves apprennent à utiliser les différentes formes d'énergie pour résoudre des problèmes. Ils étudient également les énergies renouvelables et non renouvelables.

Donc il ne paraît pas déraisonnable de considérer que le concept de "différence de potentiel" sous-jacent à toute forme de dissipation d'énergie.
pourrait-être généralisé dés l'entrée en seconde.

Sans "différence de potentiel" : Pas de dissipation d'énergie. Pas d'énergie disponible pour réaliser un travail quelquonque, ou une quelquonque transformation.

Connaissez-vous des exceptions à ce principe ?

Cordialement

[sunyata]

Dans la liste des "différences de potentiel" source de transformations j'ai oublié la différence de niveau d'énergie des électrons au sein des atomes qui conditionnent l'émission
ou l'absorption de photons, étudié possiblement en terminal S .

[gts2]

Bonjour,

Sans "différence de potentiel" : Pas de dissipation d'énergie.
Connaissez-vous des exceptions à ce principe ?

Une bille qui roule sur un sol plat et qui finit par s'arrêter, elle est où la différence de potentiel ?

[sunyata]

Bonjour,

Une bille qui roule sur un sol plat et qui finit par s'arrêter, elle est où la différence de potentiel ?

C'est comme-ci tu suggérais que les billes sur sol plat se mouvaient et s'arrêtaient spontanément...

[gts2]

C'est comme-ci tu suggérais que les billes sur sol plat se mouvaient et s'arrêtaient spontanément...

C'est bien le cas : il suffit d'essayer. Quel est la cause de l'arrêt en terme de différence de potentiel ?

[sunyata]

La bille s'arrête par dissipation de son énergie cinétique dans l'environnement en raison des frottements.
Et l'énergie cinétique de la bille pouvait provenir
dune rampe inclinée qui peut être associée à une différence de potentiel gravitationnel ou de tout autre dispositif équivalent.
Où veux-tu en venir ?

[gts2]

Je veux en venir qu'il faudrait clarifier "Sans différence de potentiel : Pas de dissipation d'énergie." donc la contraposée est "Dissipation d'énergie => différence de potentiel"
Et dans "La bille s'arrête par dissipation de son énergie cinétique dans l'environnement en raison des frottements." je ne vois pas de différence de potentiel.

[Archi3]

C'est un peu plus subtil que ça effectivement. Les différences de potentiel ne provoque pas en elle même de dissipation. En revanche elle provoque des "courants" (généralisés) qui sont susceptibles d'être dissipés sous forme de chaleur et donc de dissiper de l'énergie "ordonnée" et de produire de l'entropie. Ce ne sont pas les différences de potentiels qui causent la dissipation, ce sont les phénomènes non idéaux (ne conservant pas l'entropie) accompagnants les courants provoqués par les différences de potentiel.

[sunyata]

Je veux en venir qu'il faudrait clarifier "Sans différence de potentiel : Pas de dissipation d'énergie." donc la contraposée est "Dissipation d'énergie => différence de potentiel"
Et dans "La bille s'arrête par dissipation de son énergie cinétique dans l'environnement en raison des frottements." je ne vois pas de différence de potentiel.

L'énergie potentielle de la bille en mouvement sur sol plat est facile à calculer à Ti : Eci=1/2 mv²
C'est cette énergie qui va se dissiper dans l'environnement (entropie) jusqu'à Tf où Ecf=0.
La différence de potentielle est ici égale à Ecf-Ecî

[gts2]

OK, mais vous élargissez grandement la notion d'énergie potentielle en considérant que l'énergie cinétique est une énergie potentielle.

[sunyata]

OK, mais vous élargissez grandement la notion d'énergie potentielle en considérant que l'énergie cinétique est une énergie potentielle.

En effet ta remarque est pertinente, et il faut certainement préciser le système étudié.

Un gaz sous pression dans un réservoir étanche représente une énergie potentielle par rapport à son environnement macroscopique alors même que cette pression résulte de l'énergie cinétique des molécules se heurtant sur les parois.

On voit dans cet exemple que le "potentiel" et le "cinétique" dépendent du système étudié.

Un autre point de vue serait de dire que la bille possède une énergie potentielle lié à sa masse : E = MC², mais ce n'est pas parce que la bille roule sur un sol plat, qu'elle ne possède pas d'énergie potentielle.

Si la bille est en bois, elle possède une énergie potentiel qu'on pourrait aussi libérer par sa combustion mais ce n'est pas parce qu'elle roule sur un sol plat
qu'elle ne possède pas cette énergie potentielle.

[sunyata]

Pour la bille roulant sur un sol plat elle ne possède plus d'énergie potentielle gravitationnelle.
Mais si on se place du point de vue de sa capacité à dissiper de l'énergie dans l'environnement sous forme de chaleur, on peut considérer
que l'énergie cinétique de la bille est une énergie potentielle qui peut-être transformée en chaleur.
Cela dépend du système étudié.