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RAHELIARISOA Lucia Alexandrine_ENS_CPN_09 n° 406

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UNIVERSITE D'ANTANANARIVO

ECOLE NORMALE SUPERIEURE

DEPARTEMENT DE FORMATION

INITIALE SCIENTIFIQUE

C.E.R PHYSIQUE-CHIMIE

MEMOIRE DE FIN D'ETUDES

POUR L'OBTENTION DU CERTIFICAT

D'APTITUDES PEDAGOGIQUES

DE L'ECOLE NORMALE

(C.A.P.E.N)

N° d'ordre : 274/PC

RESSOURCE NUMERIQUE POUR L'ETUDE DU RESSOURCE NUMERIQUE POUR L'ETUDE DU RESSOURCE NUMERIQUE POUR L'ETUDE DU RESSOURCE NUMERIQUE POUR L'ETUDE DU

CONDENSATEUR

CONDENSATEURCONDENSATEURCONDENSATEUR : CLASSES DE PREMIERE ET TERMINALE : CLASSES DE PREMIERE ET TERMINALE : CLASSES DE PREMIERE ET TERMINALE : CLASSES DE PREMIERE ET TERMINALE

SCIENTIFIQUES

SCIENTIFIQUESSCIENTIFIQUESSCIENTIFIQUES

Présenté et soutenu le

13 Novembre 2009

PAR

RAHELIARISOA Lucia Alexandrine

UNIVERSITE D'ANTANANARIVO

ECOLE NORMALE SUPERIEURE D'ANTANANARIVO

DEPARTEMENT DE FORMATION INITIALE SCIENTIFIQUE

C.E.R PHYSIQUE-CHIMIE

Mémoire de fin d'études pour l'obtention du Certificat d'Aptitude Pédagogique de l'Ecole Normale Supérieure (C.A.P.E.N)

N° d'ordre : 274/PC

RESSOURCERESSOURCERESSOURCERESSOURCE NUMERIQUE NUMERIQUE NUMERIQUE NUMERIQUE POUR L'ETUDE DU POUR L'ETUDE DU POUR L'ETUDE DU POUR L'ETUDE DU

CONDENSATEUR

CONDENSATEURCONDENSATEURCONDENSATEUR : CLASSES DE: CLASSES DE: CLASSES DE: CLASSES DE PREMIERE ET TERMINALE PREMIERE ET TERMINALE PREMIERE ET TERMINALE PREMIERE ET TERMINALE

SCIENTIFIQUES

SCIENTIFIQUESSCIENTIFIQUESSCIENTIFIQUES

Présenté par : RAHELIARISOA Lucia Alexandrine

Soutenu le : 13 Novembre 2009

Président : Mr RASOANAIVO René Yves

Ph.D et Maître de conférences

Juges : Mr ANDRIANARIMANANA Jean Claude Omer

Professeur

Mme RAHARIJAONA Lala Parsonnette

Assistant

Rapporteur : Mr RASOLONDRAMANITRA Henri

Ph.D et Maître de conférences

REMERCIEMENTS

Avant tout, nous tenons à remercier Dieu, le tout puissant pour sa bénédiction durant mes

études car sans lui, tout effort est vain.

Nous adressons nos plus vifs remerciements à monsieur RASOANAIVO René Yves, qui nous a fait le grand honneur de présider la soutenance de ce mémoire. Nous tenons aussi à remercier Madame RAHARIJAONA Parsonnette et Monsieur ANDRIANARIMANANA Jean Claude Omer, qui ont bien voulu examiner notre travail et de faire partie des membres de jury.

Ensuite, nous tenons particulièrement à exprimer notre profonde gratitude à notre Directeur de

mémoire Monsieur RASOLONDRAMANITRA Henri, qui a consacré son temps pour nous diriger et conseiller malgré ses lourdes responsabilités. Enfin, nous exprimons notre vive gratitude à RIJARIMANANA Tiana Andriantsoa qui

m"a beaucoup aidé à la réalisation de ce travail et notre famille qui n"a pas cessé de nous

soutenir durant ces années d"études, ainsi qu"à tous ceux qui de près ou de loin ont contribué

à la réalisation de ce mémoire.

SOMMAIRE

INTRODUCTION ...............................................................................................................................1

Première partie : I REPERE THEORIQUE..................................................................3

I.1. Définition du condensateur.................................................................................................... 3

I.2. Rôle énergétique d'un condensateur..................................................................................... 3

I.3. Capacité d'un condensateur.................................................................................................... 3

I.4. Groupement de condensateurs............................................................................................... 5

a-Condensateurs associés en série..................................................................................5

b-condensateurs associés en parallèle............................................................................6

I.5. Charges portées par les armatures d'un condensateur...................................................... 7

I.6.Intensité du courant ..................................................................................................................8

a) Courant électrique instantané........................................................................................8

b) Relation intensité charge dans un condensateur.......................................................8

c) Courant de déplacement................................................................................................. 9

I.7. Charge et décharge d'un condensateur.................................................................................10

A) Charge d'un condensateur............................................................................................10

a) Schéma du montage du circuit pour la charge............................................10

b) Equation différentielle......................................................................................10

c) Solution de l'équation différentielle................................................................11

B) Décharge d'un condensateur..........................................................................................15

I.8. Energie d'un condensateur........................................................................................................17

Deuxième partie : II MODULES D'APPRENTISSAGE.............................................19

II-1-a) Présentation..............................................................................................................21

II-1-b) Activités proposées...................................................................................................21

II-2) DEROULEMENT DE CHAQUE ACTIVITE...................................................................................22

II-3) CAPACITE SOLLICITEES ET A DEVELOPPER CHEZ L'APPRENANT.........................................24

II-4) MISE EN OEUVRE DE L'APPRENTISSAGE................................................................................25

II-4-a) Présentation des modules

II-4 b) Les modules d'apprentissage...............................................................................36

LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Symbole d'un condensateur............................................................................................................3

Figure 2 : Trois condensateurs associés en série............................................................................................5

Figure 3 : Condensateur équivalent d'un groupement en série...................................................................5

Figure 4 : Association en parallèle de trois condensateurs et son condensateur équivalent.................6

Figure 5 : Charges portées par les armatures d'un condensateur...............................................................7

Figure 6 : Courant électrique qui traverse une section du conducteur.......................................................8

Figure 7 : Sens de parcours du courant par le condensateur......................................................................8

Figure 8 : Courant de déplacement...................................................................................................................9

Figure 9 : Echelon de tension...........................................................................................................................10

Figure 10 : Montage pour le circuit de charge...............................................................................................10

Figure 11 : Représentation de la tension U

AB(t) aux bornes du condensateur au cours de la charge...11

Figure12: Courbe représentative de la tension aux bornes du condensateur : mise en évidence des

domaines transitoire et permanent................................................................................................12

Figure 13 : Représentation de la tension U

AB ( t) aux bornes du condensateur : mise en évidence de

la constante de temps τ = RC.........................................................................................................13

Figure 14 : Tension aux bornes d'un condensateur pour différentes valeurs du produit RC...............13

Figure 15 : Représentation de i (t ) lors de la charge du dipôle (R,C)........................................................14

Figure 16 : Circuit de décharge........................................................................................................................15

Figure 17 : Variation de la tension aux bornes du condensateur au cours d'une décharge dans la

résistance R.....................................................................................................................................16

Figure 18 : Représentation de la tension de décharge aux bornes du condensateur mise en

évidence des domaines transitoire et permanent...................................................................16

Figure 19: Variation de l'intensité du courant au cours de la décharge..................................................17

Figure 20 : Diagramme montrant l'itinéraire proposé à l'apprenant ......................................................20

Figure 21: Contenu des " sommaire élève » et " sommaire professeur »..............................................21

Figure 22 : Déroulement de chaque activité................................................................................................23

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : permittivités de quelques diélectriques......................................................................................4

Tableau 2 : Capacités de quelques condensateurs..........................................................................................4

LISTE DES ANNEXES

Annexe1 : Tableau des codes de couleurs

Annexe 2 : Tension de charge d'un condensateur

Annexe 3 : Tension aux bornes d'un condensateur au cours de la décharge

INTRODUCTION

L'enseignement occupe une place très importante dans le développement d'un pays tel que

Madagascar. Il a pour rôle d'aider les élèves à apprendre et acquérir des connaissances nouvelles.

Pour le cas des sciences physiques il s'agit plus précisément d'éveiller l'esprit scientifique des

élèves, de leur donner le goût de la découverte et de stimuler leur initiative dans la recherche. Un

enseignement/apprentissage fondé sous l'expérimentation permet d'atteindre ces objectifs. En effet

l'expérimentation offre un cadre idéal pour développer chez l'apprenant(e) le sens d'observation, le

sens critique, l'esprit d'analyse qui fournit la base et le point de départ du raisonnement. Actuellement dans les pays en développement comme Madagascar, on reproche à

l'enseignement de la physique son caractère trop théorique et magistral qui est souvent la

conséquence d'une absence de laboratoire ou d'une insuffisance de matériels pour réaliser les

expériences qu'il faut.

Une solution préconisée pour résoudre ce problème est l'élaboration des travaux pratiques

virtuels qui mettent à profit les TICEs. De nombreux travaux sur ce thème qui touchent divers domaines de la physique ont été

effectués au sein du Centre d'Etudes et de Recherche en physique chimie (C.E.R.P.C) de l'Ecole

Normale supérieure (E.N.S) d'Antananarivo.

Notre mémoire de fin d'études intitulé " Ressource numérique pour l'étude du

condensateur première et terminale scientifiques » entre dans le cadre de ce développement de

ressources numériques qui s'adresse aux élèves des lycées de Madagascar. Nous avons choisi ce thème pour diverses raisons : Il figure au programme des classes de première et terminale scientifiques, et il est devenu aujourd'hui un élément fondamental de tous les systèmes électroniques. Les utilisations du condensateur dans la vie quotidienne en tant que composant électronique sont innombrables et fascinantes. On peut citer entre autres : les appareils photographiques et les récepteurs radio. Un appareil photographique avec flash contient un condensateur qui emmagasine de

l'énergie pendant plusieurs secondes. La libération de cette énergie pendant un très court instant

permet d'obtenir une lumière très intense. 1 On trouve un circuit RLC dans un récepteur radio. Lorsque le courant passe à travers le

condensateur, le récepteur se charge puis se décharge dans la bobine en créant une oscillation. De ce

fait on retrouve les caractéristiques de l'onde électromagnétique aux bornes du dipôle (L, C).

La compréhension du fonctionnement de ces divers appareils peut amener l'élève à vouloir en savoir plus, donc stimuler son goût pour la recherche.

Notre travail comporte deux parties. La première partie est consacrée au repère théorique

concernant le thème à étudier. La deuxième partie propose quatre modules d'apprentissage qui

concrétisent les phénomènes physiques vus dans la première partie : - Etude de la tension aux bornes d'un condensateur en fonction de la durée de la charge lorsqu'il est alimenté par un courant d'intensité constante. - Détermination de la capacité d'un condensateur, de la capacité d'un groupement de condensateur : groupement en série et groupement en dérivation. - Analyse des phénomènes observés au cours de la charge et de la décharge. - Tension aux bornes d'un condensateur et courant qui parcourt le circuit au cours de la charge et de la décharge.

Il s'agit ici de travaux pratiques virtuels : l'élève fait des mesures, relève les valeurs, trace des

courbes, analyse les données et tire des conclusions. A la fin, le logiciel nous offre une évaluation de chaque activité. Notre souci est d'amener l'apprenant(e) à construire lui-même ses connaissances. 2

Première partie : I REPERE THEORIQUE

Le terme " condensateur » a été introduit par Volta en 1782, il a observé que des charges

électriques s'accumulent sur les faces en regard de deux conducteurs que l'on rapproche.

I.1. Définition du condensateur

Un condensateur est un composant constitué par deux conducteurs appelés " armatures »

séparés par un " isolant » qui peut être de l'air ou un diélectrique. [G. GROSSETETE ,1995]

Le condensateur est symbolisé de la façon suivante :

Isolant

Armatures

Figure 1 : Symbole d'un condensateur

I.2. Rôle énergétique d'un condensateur

Du point de vue énergétique, un condensateur possède une caractéristique, sa " capacité »,

qui caractérise la possibilité de stocker de l'énergie par l'intermédiaire d'un champ électrique créé

entre ses armatures. [J.P.DURANDEAU, 2002]

I.3. Capacité d'un condensateur

La capacité d'un condensateur mesure son aptitude à emmagasiner des charges électriquesquotesdbs_dbs4.pdfusesText_8

[PDF] RAHELIARISOA Lucia Alexandrine_ENS_CPN_09 n° 406

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POUR L'OBTENTION DU CERTIFICAT

D'APTITUDES PEDAGOGIQUES

DE L'ECOLE NORMALE

N° d'ordre : 274/PC

CONDENSATEUR

SCIENTIFIQUES

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Présenté et soutenu le

13 Novembre 2009

RAHELIARISOA Lucia Alexandrine

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N° d'ordre : 274/PC

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Soutenu le : 13 Novembre 2009

Président : Mr RASOANAIVO René Yves

Ph.D et Maître de conférences

Professeur

Mme RAHARIJAONA Lala Parsonnette

Assistant

Rapporteur : Mr RASOLONDRAMANITRA Henri

Ph.D et Maître de conférences

REMERCIEMENTS

études car sans lui, tout effort est vain.

à la réalisation de ce mémoire.

SOMMAIRE

II-4-a) Présentation des modules

LISTE DES FIGURES

Figure 11 : Représentation de la tension U

Figure 13 : Représentation de la tension U

LISTE DES TABLEAUX

LISTE DES ANNEXES

Annexe1 : Tableau des codes de couleurs

Annexe 2 : Tension de charge d'un condensateur

INTRODUCTION

Normale supérieure (E.N.S) d'Antananarivo.

Première partie : I REPERE THEORIQUE

I.1. Définition du condensateur

Isolant

Armatures

Figure 1 : Symbole d'un condensateur

I.2. Rôle énergétique d'un condensateur

I.3. Capacité d'un condensateur