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Informer et accompagner
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les professionnels de l’éducation CYCLES 2 3 4
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PHYSIQUE CHIMIE
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Mettre en œuvre son enseignement
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Des ondes qui commandent !
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Le fichier source
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modifiable est THÈME : DES SIGNAUX POUR OBSERVER ET COMMUNIQUER (SIGNAL ET INFORMATION)
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disponible en
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téléchargement Attendus de fin de cycle :
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Des ondes qui • Utiliser les propriétés de ces signaux.
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commandent.
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Registre d’enseignement : enseignement commun.
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Descriptif : Activité expérimentale relative à la découverte de rayonnements invisibles pour l’œil humain. Elle
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sera l’occasion de montrer l’utilisation de ces rayonnements dans la transmission d’une information, grâce à
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l’exemple du fonctionnement d’une télécommande infrarouge.
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Repère de progressivité : Cette activité s’envisagera plutôt en fin de cycle lorsque les élèves auront déjà étudié
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la notion de fréquence (grâce à l’étude des ondes sonores par exemple). Elle pourra clore la partie relative
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aux signaux lumineux ou s’inscrire dans un EPI (avec la technologie par exemple) ou autre projet traitant de la
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transmission des signaux.
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Objectifs d’apprentissage (programme, connaissances, capacités) :
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• Découvrir que certaines lumières ne sont pas visibles pour un œil humain.
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• Comprendre que la lumière est un rayonnement permettant de transporter un signal donc une information.
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• Réinvestir la réalisation d’un circuit électrique.
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• Découvrir le fonctionnement d’un objet très présent de leur vie quotidienne : la télécommande..
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Compétences travaillées
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Pratiquer des démarches scientifiques
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• Concevoir une expérience pour tester une hypothèse.
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Pratiquer des langages
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• Lire et comprendre des documents scientifiques ;
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• Utiliser la langue française en cultivant précision, richesse de vocabulaire et syntaxe pour rendre compte des
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observations, expériences, hypothèse et conclusions.
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Autres compétences
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• Mobiliser des outils numériques pour faire une recherche documentaire.
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Connaissances et compétences associées :
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• Comprendre que l’utilisation du son et de la lumière permet d’émettre, de transporter un signal et donc une
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information
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Prérequis :
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• Schématisation d’un circuit électrique
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• Connaissance du rôle d’un conducteur ohmique
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• Modèle du rayon lumineux : propagation rectiligne de la lumière.
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Nature de la ressource : activité expérimentale et documentaire
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 1
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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THÈME : DES SIGNAUX POUR OBSERVER ET COMMUNIQUER (SIGNAL ET INFORMATION)
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Type d’approche pédagogique : Observation de situations de la vie courante, contextualisation
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Contribution à un parcours : Parcours citoyen, parcours avenir
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Mots clefs : écran tactile, résistance, ohmmètre, photorésistance, laser, lumière visible, rayonnement infrarouge,
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proportionnalité.
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Présentation de la séance
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Cette activité peut se dérouler sur une durée de 1 h 30 ou 2 h. Elle consiste à faire découvrir
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aux élèves différents types de rayonnements (visibles, ondes radio, rayons X, …) et à leur
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montrer que ces rayonnements peuvent commander les appareils électriques de leur
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quotidien.
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Situation déclenchante
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Le professeur choisira de montrer une photo d’un appareil électrique commandé par une
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télécommande : télécommande d’appareil photo, télécommande de télé et chaîne HI FI,
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télécommande de drone, télécommande de vidéoprojecteur...
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Problématique : Comment une télécommande communique-t-elle avec
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l’appareil qu’elle commande ?
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Les élèves discutent par petits groupes et formulent des hypothèses pour répondre à la
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problématique.
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Première mise en commun
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L’objectif de cette première mise en commun est d’arriver à l’observation suivante : « Un
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rayonnement invisible commande l’appareil. »
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 2
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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Modélisation de la situation
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1ère partie : Commander un dipôle grâce à une lumière visible / un rayonnement visible
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Pour modéliser cette situation, on fera tout d’abord découvrir à l’élève un nouveau dipôle
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électrique : la photorésistance, à l’aide du document suivant.
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Document - À la découverte d’un nouveau dipole éléctrique : la
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photorésistance !
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Un conducteur ohmique (ou une résistance), est un dipôle qui permet
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de faire varier l’intensité du courant électrique dans un circuit : sous
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une tension fixée, plus la valeur de sa résistance est grande, plus
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l’intensité du courant dans le circuit sera faible.
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Une photorésistance (ou résistance photo-dépendante) est un dipôle dont la valeur de
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la résistance change en fonction
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de l’éclairement. Dans le cas de la
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photorésistance fournie, plus l’éclairement
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est important, plus la valeur de la
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résistance sera faible.
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Dans un deuxième temps, les élèves devront proposer un circuit permettant de commander
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l’allumage d’une DEL à l’aide de la photorésistance.
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Matériel à disposition : pile, photorésistance, DEL, lampe ou lampe de poche
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 3
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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EXEMPLES DE RÉPONSES ATTENDUES
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Circuit proposé DEL éteinte dans la pénombre
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DEL allumée grâce au rayonnement visible d’une lampe DEL allumée grâce au rayonnement visible du Soleil
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Observations des élèves
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Dans l’obscurité, la DEL est éteinte car l’intensité du courant dans le circuit n’est pas suffisante : la résistance de la
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photorésistance est trop élevée.
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Lorsque l’éclairement augmente (avec la lampe ou avec la lumière du Soleil), la valeur de la résistance de la
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photorésistance diminue et l’intensité du courant dans le circuit augmente, elle devient donc suffisants pour que la
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DEL s’allume.
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Grâce à ce dipôle on peut donc commander l’allumage de la DEL par un rayon lumineux visible.
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L’élève arrive à commander un dipôle électrique grâce à la lumière visible donc grâce à
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un rayonnement. On pourra l’inviter à chercher des exemples de la vie quotidienne où des
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appareils électriques sont commandés par la lumière visible (comme le moteur de volets
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électriques qui s’ouvrent à la lumière du jour, …).
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 4
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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2ème partie : Commander un dipôle grâce à un rayonnement invisible
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Pour s’approcher de la situation de la problématique initiale, on fera passer aux élèves une
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télécommande (d’un téléviseur ou du vidéoprojecteur
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ou autre …) et ils devront commander leur DEL
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avec le rayonnement de la télécommande, donc un
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rayonnement invisible à l’œil nu.
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Les élèves repèrent assez vite intuitivement la partie
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de la télécommande (le petit capuchon de plastique
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transparent) qui constitue l’émetteur.
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Ils le dirigent vers la photorésistance et observent que
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la DEL s’allume, exactement comme elle s’allumait
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avec un rayonnement de lumière visible.
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Si nécessaire, on pourra distribuer aux élèves le
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document suivant :
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Document
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La télécommande d’un téléviseur est équipée d’une diode infrarouge :
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composant capable d’émettre des faisceaux de lumière, situés à une
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fréquence juste en-dessous des lumières rouges, invisible à nos yeux,
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et nommée infrarouge.
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Le professeur peut ensuite illustrer l’existence de ce rayonnement invisible en filmant ou en
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photographiant une télécommande dans la salle de classe (avec son appareil photo ou avec
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une caméra type webcam) :
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AUCUN BOUTON DE LA TÉLÉCOMMANDE N’EST ON APPUIE SUR UN DES BOUTONS DE LA
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ENFONCÉ TÉLÉCOMMANDE
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Pour expliquer cette observation, on pourra se limiter au fait que certains composants de
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l’appareil photo ou de la caméra détectent les rayons infrarouges et les transforment en
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rayons visibles sur notre écran.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 5
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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3ème partie : Travail sur une situation de la vie courante
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« Louis s’énerve parce que sa sœur Juliette danse devant la télé et qu’il n’arrive pas à l’allumer ! »
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On pourra partir d’une situation de ce type et demander aux élèves d’expliquer et de
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schématiser la situation en utilisant les observations des expériences précédentes.
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Cette partie permettra de réinvestir le modèle du rayon lumineux étudié les années
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précédentes, la notion de propagation rectiligne de la lumière (visible ou non) et la chaîne
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émission, propagation, réception.
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Institutionnalisation des savoirs
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• La lumière peut être utilisée pour transporter un signal donc une information.
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• Il existe des rayonnements visibles pour un œil humain et d’autres non-visibles. Ces
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rayonnements sont de même nature et peuvent commander le fonctionnement d’un appareil.
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Ils peuvent également être utilisés pour transporter un signal.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 6
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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Pour aller plus loin
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1ère possibilité : les applications des différents rayonnements
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On pourra distribuer aux élèves qui ont terminé avant les autres, les documents suivants et
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leur demander, par petits groupes, de faire une rapide recherche sur internet des différentes
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applications de chaque type de rayonnement. Cela se trouve assez facilement et ils pourront
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ainsi compléter cette échelle en notant les applications en-dessous et en les présentant à
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leurs camarades par la suite avec quelques explications.
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Document - Comment fonctionne la télécommande d’un téléviseur ?
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Une télécommande donne des « ordres » à un appareil électrique en émettant un rayonnement
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infrarouge : de la lumière invisible pour nos yeux. La lumière infrarouge est produite par
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une diode « spéciale », petit composant qui transforme un signal électrique (produit dans la
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télécommande grâce à la pile) en une lumière invisible à l’œil humain et se situant en dessous
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du rouge, dite infrarouge. Ces signaux électriques sont codés (un peu comme un code Morse) ce
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qui permet de donner des ordres différents.
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Le téléviseur est donc équipé d’un récepteur, composant sensible aux rayonnements
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infrarouges, qui capte le clignotement (codé) de la diode et qui l’interprète pour commander son
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fonctionnement.
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Document - Quel lien entre rayonnement visible et rayonnement infrarouge ?
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Ces rayonnements sont en réalité des ondes électromagnétiques qui sont
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caractérisées par une certaine fréquence. En fonction de cette fréquence, ces
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ondes électromagnétiques auront des propriétés différentes. Recherchez sur
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internet quelques applications des diverses ondes pour compléter cette échelle :
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Cette partie du travail pourrait aussi s’effectuer grâce à un support informatique et les élèves
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pourraient illustrer l’échelle de fréquence avec des photos de leur choix des applications qu’ils
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auront trouvées. Cette échelle pourrait alors être collée dans le cahier dans la partie relative à
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l’institutionnalisation des savoirs.
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On demandera au groupe qui aura fait des recherches sur les rayonnements ionisants (rayons
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X et gamma), d’aborder le danger de ces rayonnements et les moyens de protection.
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2ème possibilité : Détecter et visualiser un signal infrarouge sur Audacity
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On pourra aussi proposer l’activité qui suit aux élèves qui auront terminé avant les autres ou
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la proposer en prolongement de l’activité principale. Elle permet de comprendre la réception
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du signal d’une télécommande par un téléviseur par exemple et de visualiser ce signal grâce
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à un logiciel de type Audacity. Le fait de visualiser le codage des informations envoyées par la
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télécommande (et converties en signaux électriques) permet de comprendre que l’utilisation
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de la lumière permet d’émettre et de transporter un signal, donc une information.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 7
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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On distribuera le document ci-dessous aux élèves.
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Un autre détecteur de lumière possible : la photodiode
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Une photodiode est un composant électrique dont la
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tension aux bornes varie en fonction de l’éclairement.
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C’est une petite cellule photovoltaïque de faible surface.
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Dans un premier temps, les élèves pourront simplement observer la tension électrique aux
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bornes de la photodiode, avec un voltmètre branché directement à ses bornes et constater les
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variations de tension liées à l’éclairement. Elle peut varier par exemple de 0 V (obscurité) à
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0,5 V (lumière du jour).
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Dans un deuxième temps, on cherchera à enregistrer ces variations de tension en fonction du
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temps. Pour cela, on pourra utiliser une interface d’acquisition, un oscilloscope à mémoire, ou
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la carte son d’un ordinateur. C’est cette dernière méthode qui est développée ci-après.
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Utilisation de la carte son d’un ordinateur pour enregistrer une tension
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La carte son d’un ordinateur est un convertisseur analogique-numérique (CAN) et permet
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d’enregistrer une tension. Le branchement se fait par l’entrée micro présente sur tous les
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ordinateurs de bureau et la majorité des portables.
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Cette méthode d’enregistrement présente quelques inconvénients :
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• le filtrage (passe-haut) déforme les signaux de fréquence trop faible et/ou de forme
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asymétrique ;
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• la tension d’entrée doit rester faible. Une surtension aux bornes d’une entrée peut en effet
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endommager ou détruire des composants de l’ordinateur.
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Elle présente aussi des avantages :
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• le recours à des logiciels gratuits. Des oscilloscopes logiciels utilisant l’entrée son existent.
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Le logiciel «Audacity» utilisé pour les signaux sonores peut aussi jouer ce rôle ;
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• l’utilisation d’équipements existants en grand nombre avec un surcoût nul.
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Pour limiter la tension appliquée à la carte son de l’ordinateur, on associe la photodiode à deux
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conducteurs ohmiques formant un diviseur de tension.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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L’entrée de la carte son est reliée aux bornes d’un conducteur ohmique (R1), en choisissant
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par exemple des valeurs telles que R1=10 R2. La tension est alors environ divisée par 11.
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Il suffit de relier les bornes du conducteur ohmique à une prise « mini jack », en choisissant
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de préférence la masse et canal gauche (pour être compatible avec les ordinateurs qui ne sont
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pas dotés d’une entrée stéréo). Des adaptateurs existent dans le commerce, on peut aussi
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réutiliser le câble d’un ancien casque audio.
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Déroulement possible de l’activité
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On propose aux élèves d’observer le signal émis quand on appuie sur différentes touches
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d’une même télécommande, et, si possible, en comparant différentes télécommandes.
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Une mesure de la tension en fonction du temps permet de visualiser les impulsions émises
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par la télécommande.
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Observations possibles
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• À chaque appui bref sur une touche, on détecte un signal.
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• On peut évaluer la durée de ce signal.
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• Si on appuie longuement, le même signal est émis à intervalle régulier. On peut déterminer
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cet intervalle.
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• On peut vérifier la transmission (ou non) du signal en fonction du milieu, la réflexion.
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• L’influence de la distance sur l’amplitude du signal, la directivité du signal.
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• La différence de l’allure du signal (durée, nombre approximatif de pics) en fonction de la
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marque.
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• La comparaison (points communs, différences) entre les télécommandes de deux marques.
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CYCLE 4 I PHYSIQUE CHIMIE I Mettre en œuvre son enseignement
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Exemple d’enregistrement réalisé avec une carte son et le logiciel « Audacity » :
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À retenir
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La télécommande envoie un faisceau de lumière infrarouge (un signal) à l’appareil à commander.
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La suite des impulsions (allumé/éteint) émises par la DEL infrarouge forme un code, différent
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pour chaque touche. A chaque code correspond une fonction à activer sur l’appareil.
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eduscol.education.fr/ressources-2016 - Ministère de l’Éducation nationale - Octobre 2017 10
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