Modèle de circuit électrique

Un simple circuit électrique peut se composer d`une batterie (ou d`une autre source d`énergie), d`une ampoule (ou d`un autre appareil qui utilise de l`énergie), et de fils conducteurs qui relient les deux bornes de la batterie aux deux extrémités de l`ampoule. Dans le modèle scientifique pour ce type de circuit simple, les particules chargées en mouvement, qui sont déjà présentes dans les fils et dans le filament de l`ampoule, sont des électrons. Les étudiants ont beaucoup d`expérience en utilisant des appareils ménagers quotidiens qui dépendent des circuits électriques pour leur fonctionnement (torches, téléphones mobiles, iPods). Ils ont très probablement développé un sentiment que vous avez besoin d`une batterie ou d`un interrupteur d`alimentation pour être allumé pour faire les choses «travail», et que les batteries peuvent aller «plat». Ils ont tendance à penser à des circuits électriques comme impliquant quelque chose qu`ils appellent «courant» ou «énergie» ou «électricité» ou «tension», toutes les étiquettes qu`ils utilisent souvent indifféremment. Cela n`est pas surprenant étant donné que toutes ces étiquettes sont fréquemment utilisées dans le langage quotidien avec une signification floue. Quelle que soit l`étiquette utilisée par les étudiants, ils sont susceptibles de voir des circuits électriques comme impliquant «écoulement» et quelque chose étant «stocké», «utilisé jusqu`à», ou les deux. Certains langages quotidiens, par exemple sur la «recharge des batteries», peuvent également constituer une source de confusion conceptuelle pour les étudiants. Demandez aux élèves d`explorer les modèles et les analogies pour les circuits électriques présentés ci-dessus. Les étudiants devraient évaluer chaque modèle pour son utilité dans la clarification des idées sur les circuits électriques. Les étudiants devraient également être encouragés à identifier les limitations des modèles. Il y a quatre modèles qui sont couramment utilisés par les étudiants pour expliquer le comportement d`un circuit simple contenant une batterie et une ampoule. Ceux-ci ont été décrits par les chercheurs comme: une autre description de ce type d`activité est présentée dans la vignette PEEL le jeu de rôle Jelly Bean.

Ce modèle peut être très puissant, mais une limitation importante est sa représentation de l`énergie comme une substance plutôt que comme une construction humaine inventée. Lorsque l`on discute du circuit d`eau comme modèle pour un circuit électrique, on peut dire aux étudiants: «il y a quelque chose de la même façon tout autour du circuit, la même lecture avec un simple ampèremètre, ou la même luminosité d`une série de lampes. Une des lampes pourrait même être placée en série entre les deux cellules et sera tout aussi brillante que les autres. «C`est pourquoi les scientifiques disent: «il y a un courant; Il y a quelque chose qui tourne autour du circuit qui reste le même tout le long, tout comme un courant d`eau dans une rivière. Si une rivière transporte 1 000 litres par minute au-delà d`un endroit, elle doit porter 1 000 litres par minute au-delà de tout autre endroit plus bas de la rivière à moins qu`il y ait un ruisseau latéral ou un trou mystérieux dans le sol. Certains scientifiques aiment penser à cette histoire de courant électrique comme un peu comme l`eau pompée autour d`un anneau fermé de tuyauterie. Faites ressortir l`analogie entre: une fois que les élèves ont utilisé d`autres composants, le modèle peut être étendu dans l`imagination à l`idée de vannes à sens unique représentant des diodes, et des réservoirs représentant des condensateurs.