... explore

Construis ta station de transformation d'énergie.

Grâce à la station de transformation d'énergie, tu peux connecter différents transformateurs de courant à ta centrale à manivelle et convertir l'énergie électrique en d'autres formes d'énergie telles que l'énergie du mouvement (énergie cinétique), du son (énergie acoustique) et  lumineuse.

Matériel

1) Papier gradué
2) Ruban adhésif double face
3) 1 moteur électrique avec un fil noir et un fil rouge
4) 1 roue d'engrenage (dentée) rouge
5) 1 roue dentée verte
6) 3 aimants
7) 1 épingle
8) 1 bout de la baguette en bois de 3 mm
9) 1 bloc de mousse rigide
10) 1 aiguille
11) 1 disque en carton
12) 1 tige de mousse rigide

Attention : les aimants peuvent causer des blessures internes s'ils sont avalés!

• Marque le  ruban adhésif double face à 0,5 cm et découpe le morceau.  
• Fais une deuxième bande de 0,5 cm. 
• Coupe les deux en deux; de cette façon, tu obtiens 4 morceaux de ruban de même taille.  

• Marque la plaque de mousse rigide à deux endroits. Ils se trouvent à 3 cm d'un des angles.
• Ce sera où il faudra mettre les aimants.

• Prends la tige de mousse rigide et pose-la de manière diagonale sur la mousse rigide, pour que les angles de son extrémité touchent les côtés du bloc de mousse.
• Trace un trait le long du côté avant de la tige de la mousse rigide.

• Découpe avec le couteau cette partie marquée.
• Fais attention de découper droit.

• Colle un morceau de ruban adhésif double face sur les marquages et un au milieu de l'angle découpé. 
• Enlève le film protecteur.

• Colle un aimant sur chaque ruban adhésif double face.
• Fais attention de garder la même distance en haut et en bas de chaque aimant et qu'ils soient collés droit.

• Colle au milieu du bloc de moussse rigide un morceau de ruban adhésif de 2,5 cm de large.
• Enlève le film protecteur.
• Colle un moteur sur ce ruban adhésif (au milieu de la plaque de mousse rigide) en prenant garde à ce que les câbles regardent vers le côté opposé de l'angle découpé.
• Appuie fort sur le moteur.

Soundmachine (machine sonore): 
Transforme l'énergie électrique en énergie acoustique    

• Pose le disque en carton sur la tige en mousse rigide.
• Perce un trou au milieu à l'aide de l'épingle.

• Colle un morceau de ruband adhésif double face de 2,5 cm de large sur la roue dentée verte.
• Enlève le film protecteur.

• Insère l'épingle, depuis le côté de la face imprimée, dans le trou du disque en carton. Garde l'épingle en main.       
• Insère la roue dentée verte dans l'épingle. De cette manière tu trouveras précisément le centre.   
• Pousse fort la roue dentée verte contre le disque en carton.

• Insère la roue dentée verte, avec le disque en carton dans l'axe du moteur.  

• Raccourcis une baguette en bois pour obtenir une longueur de 10 cm (avec la pointe).

• Pose la baguette en bois sur une table avec la pointe en haut.
• Insère la baguette dans la roue dentée rouge (la petite roue dentée sur le côté supérieur!).   
• Pousse-la jusqu'au milieu.

• Insère la pointe de la baguette dans le bloc de mousse rigide, dans l'angle opposé à la partie découpée.     
• Attention:  La baguette ne doit pas toucher le disque en carton et doit être le plus droit possible.  
• Insère la baguette jusqu'à ce que la pointe touche la table.  

Confectionne une aide au découpage avec laquelle tu pourras couper la tige de mousse dure à angle droit:    

• Découpe un morceau de papier de 9 cm de long (rouge, jaune, bleu ou vert) dans une bande de papier de 2 cm de large. 
• Enroule-le autour de la tige en mousse rigide. Veille à ce que les bords soient exactement superposés.
• Fixe l'anneau en papier avec un petit morceau de ruban adhésif normal. 

• Déplace l'aide au découpage le long de la tige pour que le reste de celle-ci mesure 10 cm.
• Découpe à l'aide du couteau le long de l'aide au découpage jusqu'au un tiers de la tige.
• Tourne la tige à 90 degrés et découpe à nouveau un tiers.
• Répète le même processus.
• A la quatrième fois, tu découperas toute la tige (film).

• Marque le milieu de la tige avec une croix.  
• Enfonce sur le marquage la pointe de la baguette en bois de 3 mm de large dans la tige de mousse rigide.  

• Agrandis le trou avec un crayon.
• Insère le crayon jusqu'au bout de sorte à ce qu'il transperce complètement la tige.

• Dépose la tige de mousse rigide sur la table.
• Insère une aiguille à tête colorée à 1 cm en partant de l'arrête de la tige.
• Insère l'aiguille jusqu'à ce que la pointe touche la table. Fais attention à ce qu'elle soit droite.

• Insère la baguette en bois dans la tige de mousse rigide et pose-la sur la roue dentée rouge. 
• Déplace la roue dentée pour que la tête de l'aiguille touche le disque en carton.

• Découpe 2 morceaux de tuyau en silicone de 2 cm de long.

• Plie les extrémités des fils des câbles.

• Insère les fils du câble noir dans le tuyau en silicone de 2 cm. Attention à mettre 0.5 cm d'isolation du câble dans le tuyau. 
• Fixe les fils au clou. Insère entièrement le clou dans le tuyau, comme sur l'image. 
• Fais de même avec les fils du câble rouge.

• Branche les fiches du moteur et de la centrale électrique avec les aimants. 
• Produis du courant électrique!
• Tourne la manivelle pour que le disque en carton veuille éloigner l'aiguille de la baguette ronde (flèche verte).
• Commence lentement jusqu'à ce que l'aiguille ait trouvé sa position sur le disque, puis tournes à "plein régime". Tu entendras un son distinct.

• Si l'aiguille glisse du disque en carton en tournant, fais pivoter la tige en mousse rigide avec l'aiguille de l'autre côté du disque et change le sens de rotation (flèche verte).  
• Tu devras peut-être aussi pousser la roue dentée rouge un peu plus haut ou un peu plus bas pour que la tête de l'aiguille repose bien sur le disque en carton. 

• Si tu places une petite zone surélevée sur le disque en carton, tu entendras un coup à chaque rotation lorsque l'aiguille passera dessus.           
• Colle une fine bande de papier avec du ruban adhésif normal sur le disque en carton. La bande doit relier le centre à l'extérieur du disque.   
• Maintenant, il y a une petite élévation sur le disque et l'aiguille ne peut pas rester accrochée.

Eclairage: 
Transforme l'énergie électrique en énergie lumineuse

• Raccorde le câble noir à l'aimant du milieu.      
• Connecte une LED aux deux aimants sur lesquels sont fixées les fiches bleues et noires. 

• En même temps que tu fais tourner le moteur, tu peux à présent allumer une LED.  
• Si la LED ne s'allume pas, tu dois changer les raccordements.    
• Une partie de l'énergie électrique que tu produis en tournant la manivelle est convertie en énergie lumineuse, visible à l'illumination de la LED. 

Tu as remarqué que tu es toi-même une sorte de centrale électrique et que ton corps peut transformer la source d'énergie "nourriture" en énergie cinétique. Grâce à cette transformation d'énergie, tu peux, par exemple, faire tourner la roue motrice de ta centrale électrique à manivelle.                

... explore: L'amplification du son

Pourquoi ta machine à sons fait-elle des bruits forts ? 

Avec ta machine à sons, les bruits de frottement de la tête de l'aiguille sont facilement audibles. 

Tu peux observer des choses similaires avec un gramophone. 

Nous percevons cet air en mouvement comme un son, comme des bruits ou des tonalités. Le son de la membrane peut être amplifié à l'aide d'une cloche. 
Tu peux observer des choses similaires avec notre générateur de signaux acoustiques. 

Cette photo montre un gramophone tel qu'il était utilisé il y a une centaine d'années. 

Expérience: Amplifier les bruits

Pour l'expérience tu as besoin : 

• d'une tige de mousse rigide du laboratoire des transformateurs du courant
• d'une aiguille du laboratoire du transformateur de courant
• d'une bande de papier de 2 cm de large et 10 cm de long
• d'un autre bâton de mousse dure
• du matériel pour prendre des notes 

Tiens l'aiguille verticalement au-dessus de la surface de la table de sorte que la tête de l'aiguille se trouve à environ 2 cm au-dessus de celle-ci. Avec la tige de mousse dure couchée, tu peux estimer la hauteur.

• Laisse tomber l'aiguille sur la table.
• Qu'entends-tu ?

Colle l'aiguille sur le côté court de la bande de papier avec un morceau de ruban adhésif normal.

Tiens la bande de papier verticalement au-dessus de la surface de la table de sorte que la tête de l'aiguille se trouve à environ 2 cm au-dessus de celle-ci.  Avec le bâton de mousse dure couché, tu peux estimer la hauteur.

• Laisse tomber la bande de papier avec l'aiguille sur la table. 
• Qu'entends-tu ?

Insère l'aiguille dans la partie avant de la tige en mousse dure.

Tiens la tige en mousse dure verticalement au-dessus de la surface de la table de sorte que la tête de l'aiguille se trouve à environ 2 cm au-dessus de celle-ci. Avec la tige de mousse dure couchée, tu peux estimer la hauteur.

• Fais tomber le bâton de mousse sur la table. 
• Qu'entends-tu ? 

Qu'as-tu observé ?
Qu'as-tu entendu ?

Note tes conclusions.

... explore: La conductivité des matériaux

Grâce à ta station de transformation d'énergie, tu peux déterminer quels sont les matériaux qui conduisent l'électricité. 
Il serait intéressant que tu trouves des objets qui conduisent l'électricité et que tu puisses les utiliser plus tard pour construire une ligne électrique. 

Construis un testeur de continuité électrique

• Retire les pièces suivantes de la station de transformation d'énergie : 
  • la baguette ronde avec la tige en mousse dure
  • le disque en carton avec la roue dentée verte
• Place l'autre engrenage vert sur l'axe du moteur. 
• Retire le câble bleu et le câble noir de l'aimant. Les pointes des aiguilles des câbles sont tes pointes de test.

Tu peux savoir si un objet conduit l'électricité en reliant fermement les pointes des aiguilles au matériau testé.
Si tu fais tourner le générateur et que le moteur se met en marche, l'électricité circule dans la matière.
Elle est appelée "électricité conductrice". 

Attention : parfois, la peinture, le revêtement ou les salissures empêchent le courant de circuler, même si un matériau est conducteur. 

• Le plus simple est qu'une autre personne appuie fermement avec la pointe de l'aiguille sur le matériau. 
  Fais tourner votre centrale à manivelle et vérifiez si la roue d'engrenage verte tourne ou non. . 
• Fais tourner ta centrale à manivelle et vérifie si la roue d'engrenage verte tourne ou pas. 

• Si tu travailles seul, il faut que tu te débrouilles autrement :
  Par exemple, utilise des trombones ou des élastiques pour relier de manière fiable les pointes des aiguilles aux matériaux à tester. Tu as peut-être d'autres idées.
  
  
• Fais tourner ta centrale à manivelle et vérifie si la roue d'engrenage verte tourne ou non.

Conclusions possibles :
Les matériaux à travers lesquels l'électricité circule sont des conducteurs. Les matériaux dans lesquels aucun courant ne circule sont des isolants. Les métaux sont de bons conducteurs, les plastiques sont de bons isolants.

... explore: Les circuits électriques

• Pendant les expériences suivantes, tourne toujours la roue d'entraînement de ta centrale à manivelle dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. Ainsi, le pôle + (pôle positif) est situé sur le câble rouge du générateur et le pôle - (pôle négatif) est situé sur le câble bleu.
  
  
• Marque le sens de rotation avec un crayon sur la roue motrice.

Expérience : Circuit électrique

• Connecte le moteur au générateur.
• Tourne la roue motrice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre. 
• Maintenant, tu as un circuit fermé. Tu peux voir l'effet du courant sur le moteur : Le moteur tourne (dans le sens des aiguilles d'une montre). 

Remarque : Pour rendre le circuit plus clair sur le schéma, les câbles sont représentés plus courts.

Ici, tu peux voir le circuit électrique avec le générateur et le moteur depuis le haut.
Toutes les parties qui ne sont pas importantes pour le circuit ont été omises.

Les fiches du câble bleu et noir et les deux fiches du câble rouge sont reliées entre elles.
Le circuit électrique est fermé.

Tu peux voir ici le schéma de circuit approprié avec le générateur et le moteur. Tu reconnais les symboles des composants électriques.

Schéma de câblage : Générateur-moteur
1) Générateur (source d'énergie)
2) Moteur

Dans un schéma de circuit, les câbles sont représentés comme des lignes électriques. Ces lignes électriques sont tracées comme des lignes à angle droit.

Expérience : circuit avec LED

Les schémas : Générateur - LED
1) Générateur (source d'énergie)
2) LED (diode électroluminescente)

Connaissance :
Une LED s'allume lorsque sa longue jambe est dirigée vers le pôle + (pôle positif) et la jambe plus courte vers le pôle - (pôle négatif) de la source d'alimentation.

Expérience : La connexion parallèle

• En plus de la LED, connecte le moteur de manière à ce qu'il soit également directement relié à la source d'alimentation.
• Tourne la roue motrice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
• On dit que : "Le moteur et la LED sont connectés en parallèle".

Expérience : La connexion en série

• Insère un moteur et une LED dans le circuit.
• Tourne la roue motrice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
• Si la LED n'est pas allumée, tu dois changer ses raccordements.
• On dit que : "Le moteur et la LED sont connectés en série". 

Schéma : Générateur - Moteur - LED 

Tâche supplémentaire pour les chercheurs/chercheuses vif-ve-s : 

Comment ça se passe maintenant avec la lampe de poche ? Tu peux faire en sorte que les deux LED s'allument alternativement lorsque tu changes le sens de rotation de la roue motrice.

Lampe de poche Schéma du circuit A

• Tourne la roue motrice dans le sens inverse des aiguilles d'une montre.
• Seule la LED rouge devrait s'allumer. Sinon, tu dois changer les connexions.
• Chez la lampe de poche, c'est la lumière rouge d'urgence. 

Lampe de poche Schéma du circuit B

• Tourne la roue motrice dans le sens des aiguilles d'une montre.
• Seule la LED blanche devrait s'allumer.
• Chez la lampe de poche, c'est la lumière blanche principale. 
• Fais attention à la polarité du générateur. Maintenant, le pôle + se trouve sur le câble bleu et le pôle - sur le câble rouge.

... explore: Les normes techniques

Dans le monde de la technologie, il est important de conclure des accords. C'est ce qu'on appelle les normes.

Par exemple, il a été convenu qu'un moteur tourne dans le sens des aiguilles d'une montre lorsque le câble rouge est connecté au pôle + et le câble bleu ou noir au pôle - d'une source de courant. 

Rappel : comment se présente notre centrale à manivelle ? Ici, un moteur est utilisé comme générateur (source d'énergie).

Tourbillon 
Tu connais peut-être le truc : 
Tu fais le pari que tu arrives à vider une bouteille d'eau le plus rapidement possible. Tourne le haut de la bouteille plusieurs fois avec force et voilà : un tourbillon se crée et la bouteille se vide beaucoup plus vite que si tu la retournais. 

• Coupe 1 cm de large d'une bande de papier de 2 cm de large (rouge, bleu, jaune ou vert). 
• Colle ce morceau de papier sur un morceau de ruban adhésif de 4 cm de long. 
• Le bord supérieur de la feuille de papier doit rester libre. 

• Colle le morceau de papier sur le verre. 
• Le bord supérieur de la feuille de papier se trouve exactement sur la ligne du niveau de l'eau. 

• Produis un grand tourbillon. 
• Si tu regardes maintenant de près, tu verras que le niveau de l'eau monte légèrement (environ 1 mm) sur le bord. 
• Au milieu, l'eau s'enfonce dans un vortex (= tourbillon). 

Conclusions possibles : 
L'aimant dans le verre tourne et transmet son énergie de rotation aux particules d'eau voisines. Celles-ci tournent également en rond et sont pressées vers l'extérieur contre la paroi de verre. Au niveau de la paroi vitrée, elles ne peuvent s'échapper que par le haut. Le niveau de l'eau monte au bord du verre. Au milieu de la vitre, l'air se presse dans l'espace qui a été libéré.

Nageur dans un tourbillon 

Que faire quand on se retrouve dans un tourbillon d'eau ? 

Si tu observes attentivement ce qui arrive à la perle rouge, tu peux obtenir des indices importants . 

• Ouvre le bocal de conservation. 
• Mets la perle rouge dans l'eau. Tu verras qu'elle flotte. 
• Qu'arrive-t-il à la perle rouge lorsqu'elle entre dans le tourbillon ? 
• Sans le couvercle, peux-tu maintenant observer le tourbillon (vortex) d'en haut ? Que constates-tu ? 

Conclusions possibles : 
La perle est tirée jusqu'en bas dans le vortex, puis poussée sur le côté pour remonter. Lorsqu'une personne se trouve dans un tourbillon d'eau, il vaut mieux ne pas résister. Comme la perle, il faut se laisser tirer vers le bas, car on peut alors s'échapper sur le côté au fond du vortex pour revenir à la surface de l'eau. Dans la section "...et plus", tu peux en apprendre davantage à ce sujet. Comme la vitre est maintenant ouverte, tu peux aussi regarder le vortex d'en haut et remarquer qu'il y a des sons captivants lorsque le vortex tourne.

• Coupe un morceau de tuyau en silicone de 1,5 cm de long. 
• Coupe-le en deux dans le sens de la longueur. Deux parties égales sont créées. 

• Mets un morceau de silicone dans la perle rouge. Tu devras peut-être couper un peu le bout. Tu as construit un "plongeur". 
  
  

• Mets ton plongeur et la moitié de la pièce en silicone dans l'eau. 
• Qu'observes-tu ? 

• Crée un vortex et observe les deux parties. Que peux-tu apercevoir ? ?

Conclusions possibles : 
La pièce en silicone coule. Elle est plus lourde que l'eau. La perle flotte seule. Avec le tuyau en silicone, elle coule. Lorsque l'eau est tourbillonnante, ces parties sont également poussées sur le côté et un peu vers le haut. Parfois, des bulles d'air se collent aux parties qui les portent vers le haut. C'est comme pour le plongeur, où l'air du gilet de sauvetage assure la flottabilité.

Flotter dans l'eau salée 

Il est plus facile de se baigner dans l'eau salée...

Avec le sel, tu peux changer l'eau pour que ton plongeur nage à peine. 

Pour cette expérience, il est important que le plongeur n'emporte pas de bulles d'air avec lui. 

• Tape, à l'aide d'une baguette, sur ton plongeur pour que les bulles s'échappent. 

• Prends une cuillère à café de sel. 
• Avec la baguette, fais-le glisser sur le bord de la cuillère et repousse l'excédent de sel. Maintenant, tu as une cuillère "peinte" de sel. 

• Verse la cuillère rase de sel dans l'eau. 
• Regarde ce qui arrive au sel. 
• Fais tourbillonner l'eau et continue à regarder. 

Répète la procédure jusqu'à la remontée de ton plongeur:  

• Verse une cuillère rase de sel dans l'eau.
• Fais tourbillonner l'eau jusqu'à ce que le sel soit complètement dissous. 
• Observe si le plongeur se relève. 

• Déplace le plongeur flottant avec quelques tours d'aimant. 
• Tu peux faire des tours passionnants avec lui. 

Conclusions possibles : 
Avec l'eau du robinet, le plongeur coule au fond, parce qu'il est plus lourd que l'eau et peut évincer l'eau. Si beaucoup de sel est dissous dans l'eau, la densité de l'eau augmente, ce qui signifie que l'eau salée est plus lourde. Maintenant, le plongeur est plus léger que l'eau et est poussé vers le haut. Tu peux également observer cette flottabilité quand tu dérives dans l'eau de mer. En eau salée, il est beaucoup plus facile de rester à la surface qu'en eau douce.

Conductivité électrique de l'eau 

Pose le verre avec l'eau salée sur la table. 

• Prends un deuxième verre avec avec de l'eau fraîche du robinet. 
• Qu'en penses-tu : L'eau salée et l'eau du robinet, sont-elles porteuses d'électricité ?  

• Insère les deux pointes des aiguilles dans le verre. Vérifie si le courant passe et si le moteur tourne lorsque tu tournes la roue motrice de ton générateur à manivelle. 
• Attention :  les pointes des aiguilles ne doivent pas se toucher dans l'eau. 

Conclusions possibles : 
Dans l'eau salée, la conductivité est très bonne. Les pointes des aiguilles de la station de conversion d'énergie ne permettent pas de déterminer la conductivité électrique de l'eau du robinet. 
Attention : ceci ne s'applique qu'au faible courant fourni par la centrale à manivelle. Regarde l'image suivante ! 

Conductivité électrique de l'eau 
Tu le sais : 
tu ne dois jamais jouer avec des machines électriques sur et dans l'eau ! C'est dangereux.

Séparation du mélange 

Avant de pouvoir vider le contenu de ton bocal, tu dois à nouveau séparer ses composantes.  

Tu peux le faire de la même manière que quand on mouille un café filtre : le filtre retient les solides (ici le café moulu) et le liquide passe à travers le papier filtre. 

 Filtrer 

• Construis un filtre en plaçant un morceau de papier ménager sur un verre et en le fixant avec un élastique. 
• Les solides restent dans le papier. 
• Répète le processus avec du nouveau papier si l'eau n'est pas encore assez claire. 
• Tu peux maintenant remettre l'eau à l'égout. 

Peux-tu également retirer le sel de l'eau ? 

Dans les Andes boliviennes, comme dans de nombreux endroits du monde, le sel est extrait de l'eau de mer. 

• Tu peux essayer par toi-même, comment c'est fait. 

Laisser évaporer 

• Mets quelques gouttes d'eau salée dans un récipient peu profond et laisse-les reposer toute la nuit. 
• A quoi t'attends-tu ? 
• Que peux-tu voir le lendemain ? 
  
  

Conclusions possibles : 
Bien que nous ne voyions plus le sel dans l'eau, il était visble sous forme de poudre blanche l'autre jour. L'eau s'est évaporée et ce qui reste est le sel. Il a formé de petits cristaux.