[honte] celui qui ne comprenait pas l'électricité

[invite4b0d57b6]

Bonjour !

Je viens chercher vos lumières car je suis actuellement en M2 enseignement, et nous avons des cours de didactique. Le cours de la semaine dernière m'a mis face à une réalité bien cruelle : six années d'études en physique/chimie après le bac, je suis capable de parler électrocinétique en tenant plus ou moins la route...
Et j'en arrive à me poser la question : comment ça marche, l'électricité ?

Je me suis posé la question en lisant entre autres cet article du BUP, me disant alors que je m'étais jusqu'ici contenté de l'analogie hydraulique (depuis le collège, finalement).
Et aujourd'hui je me demande... Avec mes outils et mes connaissances, il doit bien avoir moyen d'accéder à une explication un peu plus pointue, un peu plus proche de la réalité ? Qu'est-ce qui fait qu'en branchant une ampoule sur une pile l'ampoule est traversée par une intensité proche de son intensité nominale lorsque la tension est proche de sa tension nominale ? Dans quel sens faut-il prendre le problème : les dipôles exercent-ils un "appel de courant" ?
Je recherche un peu de littérature concernant les mécanismes qui régissent - en gros - la circulation de l'électricité dans un circuit...

Merci à vous si vous avez des conseils, références, explications à m'offrir !

Belle journée !
-----

[calculair]

Bojour,

Je n'ai peut être pas bien compris, la reflexion engagée.

Evidemment si on demande à des personnes qui ne connaissent rien à l'électricité de refaire l'histoire des sciences on aura des interrogations sans doute identiques aux chercheurs qui ont du découvrir les lois de l'électricité et cela ne s'est pas fait en 10 minutes et avec 2 ou 3 manip

Il faut expliquer la vraie nature des choses, ( ou celles qui sont admises aujourd'hui ). L'électricité est un déplacement d'électron , le nombre d'électrons est constant, la force qui les poussent est le champ électrique.

Si on utilise une analogie, il faut la raccrocher immédiatement à la realite connue, et bien dire q'il s'agit d'une analogie et qu'elle peut être approximative.

C'est toujours un risque, de vouloir cacher, la nature réelle des choses ( ou celle qui sont admises et toujours avec le doute scientifique ) , il faut donner la vraie explication, et éviter d'expliquer N fois la même chose de façon de plus en plus exacte touut au long des études.


C'est peut être utopique cette approche, mais il faut s'en approcher le plus possible.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je suis d’accord avec Calculair, que je salue. La conception actuelle est bien celle du courant d’électrons, ce qui justifie l’analogue hydraulique.

Mais pour un débutant, l’analogue avec des tuyaux à un défaut gênant pour l’intuition. C’est que les électrons ne peuvent pas sortir du conducteur, alors que si on coupe un tuyau, l’eau s’échappe sans restriction. Ce n’est pas gênant pour un initié. Mais je pense que c’est très gênant pour un débutant.

Donc, si on veut comprendre ce qui se passe, il faut parler de champ électrique, de l’agitation thermique (pour l‘ampoule) et de la loi d’Ohm. Ce n’est pas possible comme initiation. Il faut passer par un modèle comme le modèle hydraulique, aussi imparfait soit-il.
Au revoir.

[stefjm]

Si on ouvre un fil, il y a un bouchon au bout et l'électricité reste dans le fil...

[A voir en vidéo sur Futura]

[maxwellien]

Bonjour, au niveau quantique on conçoit le courant comme un écoulement d'amplitude des électrons à travers le réseau cristallin du du conducteur.

[invitef29758b5]

Avec une telle définition , je ne suis pas sure que les élèves vont comprendre le fonctionnement de la lampe alimentée par une pile .

[sunyata]

Bonjour,

Je ne sais pas si cela peut aider, mais il me semble que derrière l'analogie hydrolique, se cache une analogie plus abstraite, qui est la notion de différence de potentiel. C'est une notion s'applique aussi bien à l'eau d'un barrage, qu'à l'électricité, ou bien à une différence de température qui va générer un flux.

[sunyata]

Pour ce qui est de la compréhension du phénomène physique , il me semble qu'on ne peut compréndre le phénomène électricité, sans aborder le magnétisme.
Puisque par exemple une bobine de cuivre qu'on déplace dans une champ magnétique crée dans la bobine une différence de potentiel, qui génère un courant électrique, et la réciproque est vrai, puisqu'un courant parcourant une bobine génère une champ magnétique.

[invitef29758b5]

Le terme "différence de potentiel" est plus parlant que "tension" et devrait être préféré dans l' enseignement .

[invite6dffde4c]

Re.
Il ne faut pas croire que l’analogie hydraulique soit facilement comprise. Notamment en ce qui concerne la pression.
Cherchez dans votre entourage non physicien et vous serez surpris de la proportion qui est convaincue que si on ferme partiellement la vanne d’arrivée d’eau on diminue la pression même quand on ne tire pas d’eau.
Bref, quand on a « tout » compris, toutes les analogies sont bonnes. Mais quand on n’a pas compris grande chose aucune analogie n’est bonne.

Il y a un demi siècle, à l’époque de la sortie des livres de Feynman, la concurrence se manifesta avec les cours de Berkeley, qui utilisait des analogies électriques pour enseigner la mécanique (oui, oui, ce n’est pas une plaisanterie). Ainsi, pour enseigner un ressort avec une masse, on montrait le circuit LC. Comme quoi il y avait des très bons pédagogues à Berkeley.
A+

[invite6dffde4c]

Pour ce qui est de la compréhension du phénomène physique , il me semble qu'on ne peut compréndre le phénomène électricité, sans aborder le magnétisme.
Puisque par exemple une bobine de cuivre qu'on déplace dans une champ magnétique crée dans la bobine une différence de potentiel, qui génère un courant électrique, et la réciproque est vrai, puisqu'un courant parcourant une bobine génère une champ magnétique.

Re.
Attendons que la partie statique soit comprise avant de faire varier les choses dans le temps.
A+

[invite5e6af660]

interressant en tout cas, ayant toujours mal à bien saisir le phénomène en question...

pour le courant continu, l'hydraulique me satisfait... deux cuves, l'une remplie l'autre vide, un tuyau et un petit moulin entre les deux, quand les deux bassin sont a moitié remplie plus de courant (pas évident que ça soit une bonne image)

par contre pour le courant alternatif, hm, comment dire, le coté 50hertz j'ai un peu de mal à me le représenter avec de l'hydaulique... suis-je le seul ??? comment tourne le petit moulin dans ce cas avec vas et viens permanent ??

une idée pour le courant alternatif, pourtant il me semble plus efficace que le courant continu (si je ne m'abuse)

[invite6dffde4c]

interressant en tout cas, ayant toujours mal à bien saisir le phénomène en question...

pour le courant continu, l'hydraulique me satisfait... deux cuves, l'une remplie l'autre vide, un tuyau et un petit moulin entre les deux, quand les deux bassin sont a moitié remplie plus de courant (pas évident que ça soit une bonne image)

par contre pour le courant alternatif, hm, comment dire, le coté 50hertz j'ai un peu de mal à me le représenter avec de l'hydaulique... suis-je le seul ??? comment tourne le petit moulin dans ce cas avec vas et viens permanent ??

une idée pour le courant alternatif, pourtant il me semble plus efficace que le courant continu (si je ne m'abuse)

Re.
Je ne pense pas que l’on puisse continuer l’analogie hydraulique pour des choses variables dans le temps.
J’ai même dit à des débutants que l’on pouvait imaginer le comportement d’une inductance comme si l’eau dans un tuyau enroulé avait de l’inertie pour se mettre en mouvement ou ralentir. Mais qu’il ne fallait pas trop pousser l’analogie. Car si cette inertie (des électrons cette fois) existe vraiment, elle est ridiculement petite. Et n’a rien à voir avec des champs magnétiques ou de l’induction.
A+

[stefjm]

Il y a un demi siècle, à l’époque de la sortie des livres de Feynman, la concurrence se manifesta avec les cours de Berkeley, qui utilisait des analogies électriques pour enseigner la mécanique (oui, oui, ce n’est pas une plaisanterie). Ainsi, pour enseigner un ressort avec une masse, on montrait le circuit LC. Comme quoi il y avait des très bons pédagogues à Berkeley.

Vu que ce sont les mêmes équations, quand on a compris les unes, on a compris les autres.
Voir bondgraf pour les grandeurs de flux et de tension, abstraite pouvant s'appliquer à tout...
http://fr.wikipedia.org/wiki/Graphe_de_liaisons

[stefjm]

Re.
Je ne pense pas que l’on puisse continuer l’analogie hydraulique pour des choses variables dans le temps.
J’ai même dit à des débutants que l’on pouvait imaginer le comportement d’une inductance comme si l’eau dans un tuyau enroulé avait de l’inertie pour se mettre en mouvement ou ralentir. Mais qu’il ne fallait pas trop pousser l’analogie. Car si cette inertie (des électrons cette fois) existe vraiment, elle est ridiculement petite. Et n’a rien à voir avec des champs magnétiques ou de l’induction.
A+

On peut :
Inductance : turbine
condensateur : membrane élastique en travers du tuyau.

[invitef29758b5]

pas évident que ça soit une bonne image

La faille de cette analogie , c' est que le circuit est ouvert .
Pour que l' analogie soit complète , il faut un "retour à la bâche" (comme disent les spécialistes des machines hydrauliques) .
De cette façon le débit est le même en entrée et en sortie .

[sunyata]

Bonjour,

Il me semble que l'analogie hydraulique fonctionne d'une autre manière pour le courant alternatif :

Il suffit de considérer le courant alternatif, comme une onde qui se propage dans le liquide, et dont l'amplitude est entretenue par un apport d'énergie.
Comme lorqu'on crée un onde dans une corde tendue, il faut apporter de l'énergie pour maintenir cette onde.

L'onde générée transporte de l'énergie, qui peut-être utilisée par un recepteur adapté.

Par exemple, il existe un jouet qui permet de faire tourner une hélice en frottant un baton, sur un autre comportant des crans : Voir ici :
Le "Hui hui" machine ou "Bozo Bozo".
Le moteur à courant alternatif, fonctionne sur le même principe, il transforme l'énergie véhiculée par le train d'onde alternatif, en travail.

Ce n'est pas un hazard, si une bobine parcourue par un courant alternatif produit une onde électromagnétique qui se propage.

Alors qu'une bobine parcourue par un courant continu produit un champ magnétique statique.

[invite5e6af660]

=> sunyata... un peu comme un train de vague pousse les objet sur un rivage ? ou encore en mécanisme flotant capable de récupérer l'énergie de la vague a son passage (et élévation du mécanisme flottant)

[invite6dffde4c]

Bonjour,

Il me semble que l'analogie hydraulique fonctionne d'une autre manière pour le courant alternatif :

Il suffit de considérer le courant alternatif, comme une onde qui se propage dans le liquide, et dont l'amplitude est entretenue par un apport d'énergie.
Comme lorqu'on crée un onde dans une corde tendue, il faut apporter de l'énergie pour maintenir cette onde.

L'onde générée transporte de l'énergie, qui peut-être utilisée par un recepteur adapté.

Par exemple, il existe un jouet qui permet de faire tourner une hélice en frottant un baton, sur un autre comportant des crans : Voir ici :
Le "Hui hui" machine ou "Bozo Bozo".
Le moteur à courant alternatif, fonctionne sur le même principe, il transforme l'énergie véhiculée par le train d'onde alternatif, en travail.

Ce n'est pas un hazard, si une bobine parcourue par un courant alternatif produit une onde électromagnétique qui se propage.

Alors qu'une bobine parcourue par un courant continu produit un champ magnétique statique.

Bonjour.
Il ne faut pas utiliser le terme « onde » pour n’importe quoi.
Il ne suffit pas que quelque chose soit alternative ou oscillante pour que ce soit une onde. En particulier le secteur.
Il faut que la « chose » se propage dans l’espace avec une dépendance du type (t-r/v).
Et dans le cas des ondes électromagnétiques, il faut que le terme ∂E/∂t ne soit pas négligeable (ce qui est le cas avec le 50 Hz).

@Thomas markley :
Les vagues ordinaires, celles qui ne brisent pas, ne transportent pas les objets. Elles les font parcourir une orbite circulaire verticale.
Au revoir.

[bachir1994]

Bonjour à tous,
Je reviens un peut à l'usage de l'analogie pour expliquer des phénomènes abstrait et difficilement imaginable comme le cas de l'électricité,
pour l'usage de l'analogie est indispensable pour tout un chacun, seulement il faut se décrocher au bon moment du concept analogue au vrai phénomène étudié. sinon en faisant trop avec l'analogie on risque de partir sur une fausse piste, et dans la plupart du temps l’initié est complètement embrouillé par l'analogie d’où il risque de comprendre les choses à tors et à travers !
Donc l'usage de l'analogie hydraulique est primordiale pour comprendre un phénomène aussi abstrait que l'électricité. il y'a par exemple pour les débutant l'effet transistor qui est quasiment impossible à expliquer à un débutant sans faire appel à l'analogie de l'eau et du sable.
A+

[stefjm]

Il ne faut pas utiliser le terme « onde » pour n’importe quoi.

Mais c'est le cas, même en physique avec la notion de forme d'onde...
https://www.google.fr/search?q=forme...w=1920&bih=959

Et je ne parle pas des ondes de forme et énergie d'autres disciplines : XXXX pas de pub pour des sites de pataphysiqueXXXX

[stefjm]

Bonjour à tous,
Je reviens un peut à l'usage de l'analogie pour expliquer des phénomènes abstrait et difficilement imaginable comme le cas de l'électricité,
pour l'usage de l'analogie est indispensable pour tout un chacun, seulement il faut se décrocher au bon moment du concept analogue au vrai phénomène étudié. sinon en faisant trop avec l'analogie on risque de partir sur une fausse piste, et dans la plupart du temps l’initié est complètement embrouillé par l'analogie d’où il risque de comprendre les choses à tors et à travers !
Donc l'usage de l'analogie hydraulique est primordiale pour comprendre un phénomène aussi abstrait que l'électricité. il y'a par exemple pour les débutant l'effet transistor qui est quasiment impossible à expliquer à un débutant sans faire appel à l'analogie de l'eau et du sable.
A+

Il suffit d'arrêter de parler de réalité (vraie, réellement existante et tout et tout...cf ma signature) et d'analogie. Si on se contente de parler de mesure et de modèle, il n'y a aucun soucis à constater que la description mathématique peut être la même pour un phénomène électrique et un phénomène mécanique.

Pensez qu'à Berkeley, les enseignants sont est curieux...

[stefjm]

Et je ne parle pas des ondes de forme et énergie d'autres disciplines : XXXX pas de pub pour des sites de pataphysiqueXXXX

Ce n'est pas de la pataphysique, mais de la poésie.
Il ne faut pas croire que les mots de vocabulaire « énergie, onde, force, puissance » ont été créé par des physiciens. Ils ont été détournés de leur sens premier par les physiciens. (De la même façon qu'un groupe en mathématique, n'est pas un groupe en philosophie...)

[izentrop]

Bonjour, ça peut aider :

• Allô prof "électricité"
• « Électricité » expliqué aux enfants par Vikidia, l’encyclopédie junior
• L'histoire de l'électricité
• Champs électriques et magnétiques > Notions d'électricité
• Renseignements de base pour l'électricité
• Site » Physique à Main Levée » Electricité » Quelle lampe éclaire le plus ?

[invitef29758b5]

Si on se contente de parler de mesure et de modèle, il n'y a aucun soucis à constater que la description mathématique peut être la même pour un phénomène électrique et un phénomène mécanique.

Si les élèves étaient des bots , ça ne poserait aucun problème .
Mais ce sont des humains , qui ont l' habitude d' avoir des manuels illustrés avec plein d' images .
Si on retire les images , ils bloquent .

Je vois sur d' autre site des personnes qui connaissent les formules et qui n' arrivent pas à différentier tension et intensité en pratique.
Quand on leur dit , pour expliquer que c' est l' intensité qui fait griller un moteur , que W = RI² ,
ils te rétorquent que W = U²/R

[bachir1994]

Je vois sur d' autre site des personnes qui connaissent les formules et qui n' arrivent pas à différentier tension et intensité en pratique.
Quand on leur dit , pour expliquer que c' est l' intensité qui fait griller un moteur , que W = RI² ,
ils te rétorquent que W = U²/R

Bonjour,
je suis d'accord avec toi sur le premier passage, mais pas sur le second ou la puissance W peut s'exprimer de trois manières différentes (Tension, courant), (Tension, résistance) ou (résistance , courant) car nous avons une interdépendance entre les trois grandeurs modélisée mathématiquement par un génie qui s’appel OHM (U=R*I).
donc les mathématique son là pour quantifier et généraliser les phénomènes physique. et il y'a bien sur les pure mathématiques abstraite qu'on ne peut faire appel nul part dans la pratique.
A+

[bachir1994]

Ce n'est pas de la pataphysique, mais de la poésie.
Il ne faut pas croire que les mots de vocabulaire « énergie, onde, force, puissance » ont été créé par des physiciens. Ils ont été détournés de leur sens premier par les physiciens. (De la même façon qu'un groupe en mathématique, n'est pas un groupe en philosophie...)

Bonjour STEFJM,
Désolé de ne pas partager le même avis que toi, mais les grandeur « énergie, onde, force, puissance » appartiennent strictement à la physique et elle sont modéliser et quantifier par un outil mathématique .
A+

[invitef29758b5]

je suis d'accord avec toi sur le premier passage, mais pas sur le second ou la puissance W peut s'exprimer de trois manières différentes (Tension, courant), (Tension, résistance) ou (résistance , courant) car nous avons une interdépendance entre les trois grandeurs modélisée mathématiquement par un génie qui s’appel OHM (U=R*I).

L' incompréhension vient justement du fait que la puissance peut s' exprimer de plusieurs façons , mais qu' il faut choisir la bonne en fonction du problème à résoudre .
Et donc tu es d'accord avec moi .

[stefjm]

Bonjour STEFJM,
Désolé de ne pas partager le même avis que toi, mais les grandeur « énergie, onde, force, puissance » appartiennent strictement à la physique et elle sont modéliser et quantifier par un outil mathématique .
A+

Je n'ai pas parler de grandeur mais de vocabulaire.
StefJm fait preuve d'énergie dans son travail. (et ce ne sont pas des joule...)
L'onde était claire et je m'y suis baigné. (c'est de l'eau)
Ma force de caractère énerve tout le monde. (pas en newton)
Les puissances du mal sont démoniaques. (pas en watt)

[stefjm]

Si les élèves étaient des bots , ça ne poserait aucun problème .
Mais ce sont des humains , qui ont l' habitude d' avoir des manuels illustrés avec plein d' images .
Si on retire les images , ils bloquent .

J'en connais qui bloquent sur la dimension radian.

Je vois sur d' autre site des personnes qui connaissent les formules et qui n' arrivent pas à différentier tension et intensité en pratique.
Quand on leur dit , pour expliquer que c' est l' intensité qui fait griller un moteur , que W = RI² ,
ils te rétorquent que W = U²/R

Si on ne parle pas des tensions et courant des même éléments, sure que c'est le bordel.
Il suffit de définir proprement ce dont il est question.