FR2964491A1

FR2964491A1 - EXPERIMENTATION DEVICE WITH PEDAGOGICAL CHARACTER FOR THE TEACHING OF ELECTROKINETICS

Info

Publication number: FR2964491A1
Application number: FR1057137A
Authority: FR
Inventors: Ludovic Morge; Sebastien Masson
Original assignee: Universite Blaise Pascal Clermont Ferrand II
Current assignee: Universite Blaise Pascal Clermont Ferrand II
Priority date: 2010-09-08
Filing date: 2010-09-08
Publication date: 2012-03-09
Anticipated expiration: 2030-09-08
Also published as: WO2012072904A1; EP2614499A1; FR2964491B1

Abstract

Ce dispositif (1) d'expérimentation à caractère pédagogique pour l'enseignement de l'électrocinétique comprend un cadre équipé d'au moins deux organes de guidage (4) d'un fil (5) formant une boucle maintenue entre les organes de guidage (4), d'un organe d'entrainement (6) en translation du fil (5), au moins un accessoire représentatif d'un composant électrique et de ses propriétés, le fil (5) étant adapté pour recevoir au moins un accessoire.This experimentation device (1) of pedagogical nature for the teaching of electrokinetics comprises a frame equipped with at least two guide members (4) of a wire (5) forming a loop held between the guide members (4), a drive member (6) in translation of the wire (5), at least one accessory representative of an electrical component and its properties, the wire (5) being adapted to receive at least one accessory .

Description

DISPOSITIF D'EXPERIMENTATION A CARACTERE PEDAGOGIQUE POUR L'ENSEIGNEMENT DE L'ELECTROCINETIQUE L'invention concerne un dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique pour l'enseignement de l'électrocinétique. Dans le domaine de l'enseignement de l'électrocinétique, il apparaît qu'il est relativement difficile, principalement pour des élèves de collège et/ou de lycée, d'appréhender le fonctionnement d'un circuit électrique et notamment les grandeurs d'électrocinétique. En d'autres termes, il s'agit d'une matière pour laquelle les élèves ont du mal à comprendre et à assimiler, non seulement les phénomènes électriques en eux-mêmes mais également les relations entre ces différents phénomènes. Ceci implique des difficultés dans l'enseignement de cette matière, tant pour l'enseignant que pour l'élève. Pour remédier à cela, on connaît certains dispositifs visant à enseigner l'électrocinétique par analogie avec d'autres phénomènes physiques qui, en principe, sont connus des élèves. Il s'agit essentiellement d'analogies dites intellectuelles, c'est-à-dire d'analogies virtuelles représentées à l'aide d'un film d'animation. Certaines de ces analogies sont basées, par exemple, sur la similitude entre la circulation de l'électricité et la circulation de spéléologues dans des cavités ou sur la circulation de l'eau dans un circuit fermé. De telles analogies sont diffusées dans des manuels scolaires. Un autre type d'analogie, dite énergétique, a été proposée par DUPIN et JOHSUA ; 1994. Elle est basée sur des échanges thermiques. Certains auteurs, notamment CLOSET ; 1992, ont néanmoins montré les limites de telles analogies qui impliquent des connaissances dans d'autres domaines techniques, par exemple en hydraulique ou en thermodynamique. Or, tous les élèves n'ont pas les mêmes compétences dans ces domaines qui, par ailleurs, sont eux mêmes complexes à appréhender. Ces différentes analogies nécessitent pour leur mise en oeuvre un matériel de visualisation, par exemple, informatique, relativement conséquent. De plus, ces analogies sont uniquement visuelles, c'est-à-dire qu'il s'agit d'une représentation par l'image d'un concept intellectuel, l'élève ne pouvant pas, physiquement, ressentir les phénomènes. Pour remédier à cela, on connaît des dispositifs manipulables par les élèves tels que celui décrit dans US-A-2 866 276 pour l'enseignement de certaines caractéristiques électriques et magnétiques. Néanmoins, ce dispositif ne permet pas d'appréhender les caractéristiques des grandeurs d'électrocinétique, ainsi que leurs relations, de manière The invention relates to an experimentation device of a pedagogical nature for the teaching of electrokinetics. In the field of teaching electrokinetics, it appears that it is relatively difficult, mainly for middle school and / or high school students, to understand the operation of an electrical circuit and in particular electrokinetic quantities . In other words, it is a subject for which students have difficulty understanding and assimilating, not only the electrical phenomena in themselves but also the relations between these different phenomena. This implies difficulties in teaching this subject, both for the teacher and for the student. To remedy this, certain devices are known to teach electrokinetics by analogy with other physical phenomena which, in principle, are known to students. These are essentially so-called intellectual analogies, that is, virtual analogies represented by an animated film. Some of these analogies are based, for example, on the similarity between the flow of electricity and the circulation of cavers in cavities or the circulation of water in a closed circuit. Such analogies are disseminated in textbooks. Another type of analogy, called energetic, has been proposed by DUPIN and JOHSUA; 1994. It is based on heat exchange. Some authors, including CLOSET; 1992, have nevertheless shown the limits of such analogies which imply knowledge in other technical fields, for example in hydraulics or thermodynamics. However, not all students have the same skills in these areas, which, by the way, are themselves complex to understand. These different analogies require for their implementation a visualization material, for example, computer, relatively large. Moreover, these analogies are only visual, that is to say that it is a representation by the image of an intellectual concept, the student can not, physically, feel the phenomena. To remedy this, there are known devices manipulable by students such as that described in US-A-2 866 276 for teaching certain electrical and magnetic characteristics. Nevertheless, this device does not make it possible to apprehend the characteristics of the electrokinetic quantities, as well as their relations, so

2 simple, avec une mise en oeuvre et un entretien aisés tout en étant représentatif de divers montages électriques possibles. C'est à ces inconvénients qu'entend plus particulièrement remédier l'invention en proposant un dispositif permettant d'appréhender physiquement et aisément l'électrocinétique. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique pour l'enseignement de l'électrocinétique, caractérisé en ce qu'il comprend un cadre équipé d'au moins deux organes de guidage d'un fil formant une boucle maintenue entre les organes de guidage, d'un organe d'entraînement en translation du fil, au moins un accessoire représentatif d'un composant électrique et de ses propriétés, le fil étant adapté pour recevoir au moins un accessoire. Un tel dispositif, par le mouvement de translation du fil, permet de visualiser le cheminement de l'électricité dans un circuit représenté par la boucle. Un tel dispositif peut recevoir différents accessoires permettant de représenter différents organes constitutifs d'un circuit électrique tout en illustrant les relations entre les grandeurs électriques. Selon des aspects avantageux mais non obligatoires de l'invention un tel dispositif peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - les organes de guidage comprennent au moins une poulie montée libre en rotation sur une tige fixée sur le cadre. - L'organe d'entraînement comprend une masse dont la chute simule un générateur de tension. - L'organe d'entrainement comprend un moteur électrique. - Le moteur électrique est un moteur à vitesse de rotation constante dont le mouvement rotatif simule un générateur de courant. - L'accessoire est un dispositif freinant ou perturbant le déplacement du fil (5) de manière permanente ou temporaire. - L'accessoire est une pince propre à simuler une résistance ou un interrupteur. - L'accessoire est un accessoire comportant une poulie entraînant des ailettes freinées dans leur rotation par un fluide et simulant une résistance. - L'accessoire est un ressort, dynamométrique ou de torsion, propre à participer à la simulation d'un voltmètre ou d'un condensateur. - L'accessoire est une masselotte, mise en mouvement par le fil lorsque celui-ci est entraîné en translation, et simulant une bobine électrique. - L'accessoire est un taquet coinceur simulant une diode. - Le dispositif comprend un compte tour ou un tachymétre monté sur un organe de guidage propre à simuler un ampèremètre. - Le dispositif comprend trois ou quatre organes de guidage. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation d'un dispositif d'expérimentation à caractère pédagogique pour l'enseignement de l'électrocinétique conforme à l'invention, donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 est une vue générale d'un dispositif conforme à l'invention, sans accessoire monté sur le fil et - les figures 2 à 8 sont des vues générales simplifiées à plus grande échelle, de divers accessoires montés sur le fil partiellement représenté, le cadre du dispositif étant, si besoin, également partiellement illustré. Le dispositif 1, illustré à la figure 1, comprend un cadre monté sur quatre pieds 3 qui peuvent être pourvus de roulettes. Le cadre 2 est ainsi maintenu en position horizontale par les pieds 3, disposés à chaque angle du cadre 2. Avantageusement, le cadre 2 est, par exemple, de forme carrée ou rectangulaire. En variante, il peut être d'une forme différente, par exemple polygonale ou triangulaire. Ce cadre 2 est avantageusement réalisé en un matériau rigide, soit métallique soit à base de polymères. Le cadre 2 est équipé d'au moins deux organes de guidage 4, avantageusement quatre, disposés au niveau de chaque angle A,, A2, A3, A4. En variante, ces organes de guidage 4 et/ou d'autres types d'organes de guidage peuvent être montés ailleurs sur le cadre. Les organes de guidage 4 s'étendent perpendiculairement à partir du cadre 2, au dessus de celui-ci, en regardant la figure 1. Chaque organe de guidage 4 comprend une tige 40 équipée à une extrémité libre d'une poulie 41. La tige 40 est, dans un autre mode de réalisation, équipée d'un jeu de poulies 41, de diamètres identiques ou non. 2 simple, with implementation and maintenance easy while being representative of various electrical assemblies possible. It is these drawbacks that the invention intends to remedy more particularly by proposing a device making it possible to physically and easily apprehend electrokinetics. For this purpose, the subject of the invention is an experimentation device of an educational nature for the teaching of electrokinetics, characterized in that it comprises a frame equipped with at least two guiding members of a wire forming a loop held between the guide members, a drive member in translation of the wire, at least one accessory representative of an electrical component and its properties, the wire being adapted to receive at least one accessory. Such a device, by the translational movement of the wire, allows to visualize the flow of electricity in a circuit represented by the loop. Such a device can receive various accessories for representing different constituent parts of an electrical circuit while illustrating the relationship between the electrical quantities. According to advantageous but non-compulsory aspects of the invention, such a device may incorporate one or more of the following features: the guide members comprise at least one pulley mounted free to rotate on a rod fixed to the frame. - The drive member comprises a mass whose fall simulates a voltage generator. - The drive member comprises an electric motor. - The electric motor is a constant speed motor whose rotary motion simulates a current generator. - The accessory is a device that brakes or disturbs the movement of the wire (5) permanently or temporarily. - The accessory is a clean clip to simulate a resistance or a switch. - The accessory is an accessory comprising a pulley causing fins braked in their rotation by a fluid and simulating resistance. - The accessory is a spring, torque or torsion, suitable to participate in the simulation of a voltmeter or a capacitor. - The accessory is a flyweight, set in motion by the wire when it is driven in translation, and simulating an electric coil. - The accessory is a jam cleat simulating a diode. - The device comprises a tower or tachymeter mounted on a guide member to simulate an ammeter. - The device comprises three or four guide members. The invention will be better understood and other advantages thereof will appear more clearly on reading the following description of an embodiment of an experimentation device of an educational nature for the teaching of the electrokinetic device according to the invention, given solely by way of example and with reference to the appended drawings, in which: FIG. 1 is a general view of a device according to the invention, without an accessory mounted on the wire and - Figures 2 to 8 are simplified general views on a larger scale, various accessories mounted on the wire partially shown, the frame of the device being, if necessary, also partially illustrated. The device 1, illustrated in Figure 1, comprises a frame mounted on four legs 3 which can be provided with wheels. The frame 2 is thus maintained in a horizontal position by the feet 3, arranged at each corner of the frame 2. Advantageously, the frame 2 is, for example, square or rectangular. Alternatively, it may be of a different shape, for example polygonal or triangular. This frame 2 is advantageously made of a rigid material, either metal or based on polymers. The frame 2 is equipped with at least two guide members 4, advantageously four, arranged at each angle A 1, A 2, A 3, A4. Alternatively, these guide members 4 and / or other types of guide members may be mounted elsewhere on the frame. The guide members 4 extend perpendicularly from the frame 2, above it, looking at Figure 1. Each guide member 4 comprises a rod 40 equipped at a free end of a pulley 41. The rod 40 is, in another embodiment, equipped with a set of pulleys 41, of identical or different diameters.

Ces poulies 41 sont disposées parallèlement à un plan principal P du cadre 2, c'est-à-dire que leurs axes de rotation R respectifs sont confondus avec les axes longitudinaux des tiges 40 sur lesquelles elles sont montées. Un fil 5 est tendu entre les poulies 41 et forme ainsi une boucle, de forme similaire à celle du cadre 2, ici rectangulaire. Par fil, on entend ici un câble ou un lien, en un matériau approprié, par exemple métallique ou en polymère. Le fil 5 est adapté pour être entraîné en translation, par un organe d'entraînement, entre les poulies selon la double flèche F, selon une trajectoire en boucle, dans un sens quelconque. Le fil 5 peut être équipé, à intervalles réguliers, d'un marquage visuel propre à représenter des unités d'une grandeur physique, ici des unités d'électrocinétique. Le marquage visuel est obtenu, par exemple, par des bandes de couleurs ou par une différence d'aspect dans le matériau constitutif du fil. These pulleys 41 are arranged parallel to a main plane P of the frame 2, that is to say that their respective axes of rotation R coincide with the longitudinal axes of the rods 40 on which they are mounted. A wire 5 is stretched between the pulleys 41 and thus forms a loop, similar in shape to the frame 2, here rectangular. Wire means here a cable or a link, of a suitable material, for example metal or polymer. The wire 5 is adapted to be driven in translation, by a drive member, between the pulleys along the double arrow F, in a loop path, in any direction. The wire 5 may be equipped, at regular intervals, with a visual marking capable of representing units of a physical quantity, here electrokinetic units. The visual marking is obtained, for example, by color bands or by a difference in appearance in the constituent material of the yarn.

Le fil 5 est adapté pour recevoir au moins un accessoire représentatif d'un composant électrique et de ses propriétés, celles-ci illustrant des grandeurs d'électrocinétique. Par composant, on désigne ici tout élément utilisé pour le montage d'un circuit électrique. Il s'agit par exemple d'un générateur, d'une pile, d'un ampèremètre, d'un conducteur ohmique ou résistance, d'un interrupteur, d'une diode, d'une bobine d'induction, d'un condensateur. Le fil représente un composant particulier du circuit, à savoir les charges électriques dans le circuit. De manière avantageuse, au moins une des poulies 41 est montée sur le cadre 2 de manière réglable, par des moyens connus et non illustrés, afin de pouvoir modifier la tension du fil 5. Pour cela, cette poulie peut être déplaçable dans le plan vertical et/ou horizontal par rapport au cadre 2 et/ou par rapport à la tige 40. La mise en mouvement du fil 5 selon une trajectoire en boucle est obtenue par un organe d'entraînement. Dans un mode de réalisation non illustré, l'entrainement est réalisé par un utilisateur exerçant directement une traction sur le fil 5. Par analogie, si la force exercée sur le fil 5 par cette personne est constante, cet utilisateur est assimilé à un générateur de tension. Si la force exercée pour entraîner le fil 5, quels que soient les éléments présents dans le circuit, assure une vitesse de circulation, c'est-à-dire un déplacement du fil 5 entre deux poulies 41, constante, alors l'action de l'utilisateur simule un générateur de courant. Néanmoins, une telle configuration, avec une action manuelle, ne permet pas de reproduire, de manière régulière et contrôlée, un générateur de tension électrique. Avantageusement, la mise en mouvement du fil 5 est réalisée par un organe d'entraînement 6. Cet organe d'entraînement 6 est, comme illustré à la figure 1, formé de deux poulies 60, 61 coaxiales montées sur une tige 62 formant un axe de rotation disposée perpendiculairement au fil 5. Les deux poulies 60, 61 sont solidaires en rotation de la tige 62. Avantageusement, la tige 62 munie des deux poulies 60, 61 est montée libre en rotation sur un support 7 fixé sur un côté du cadre 2. La poulie 60 a un rôle similaire à celui des poulies 41, c'est-à-dire assurer le passage du fil 5. La poulie 60 entraîne directement le fil 5, ce dernier faisant un tour autour de la poulie 60. La seconde poulie 61, qui n'est pas en contact direct avec le fil 5, est entraînée en rotation par la chute d'une masse 63. Cette masse 63 est reliée à la seconde poulie 61 par l'intermédiaire d'un câble 64, enroulé autour de cette seconde poulie 61. Lorsqu'on lâche la masse 63, on entraine en rotation les deux poulies 60, 61 et la tige 62. L'absence de démultiplication induit que la rotation de deux poulies 60, 61 s'effectue à la même vitesse. La première poulie 60 entraine le fil 5 à une vitesse donnée. La force exercée par la masse 63, via les poulies 60, 61, sur le fil 5 est assimilable à la force électromotrice d'un générateur de tension, c'est-à-dire d'une pile. De même la longueur du câble 64 détermine la différence d'énergie entre le point mort haut et le point mort bas occupé par la masse. Cette longueur est proportionnelle à l'énergie potentielle de la masse 63. On illustre ainsi l'énergie potentielle chimique d'une pile. The wire 5 is adapted to receive at least one accessory representative of an electrical component and its properties, these illustrating electrokinetic quantities. By component, here means any element used for mounting an electrical circuit. This is for example a generator, a battery, an ammeter, an ohmic conductor or resistor, a switch, a diode, an induction coil, a capacitor. The wire represents a particular component of the circuit, namely the electrical charges in the circuit. Advantageously, at least one of the pulleys 41 is mounted on the frame 2 in an adjustable manner, by means known and not shown, in order to be able to modify the tension of the thread 5. For this, this pulley can be movable in the vertical plane and / or horizontal relative to the frame 2 and / or relative to the rod 40. The setting in motion of the wire 5 in a loop path is obtained by a drive member. In a non-illustrated embodiment, the drive is performed by a user exerting a direct traction on the wire 5. By analogy, if the force exerted on the wire 5 by this person is constant, this user is likened to a generator of voltage. If the force exerted to drive the wire 5, whatever the elements present in the circuit, ensures a speed of movement, that is to say a displacement of the wire 5 between two pulleys 41, constant, then the action of the user simulates a current generator. However, such a configuration, with a manual action, does not reproduce, regularly and controlled, a generator of voltage. Advantageously, the movement of the wire 5 is carried out by a driving member 6. This driving member 6 is, as illustrated in FIG. 1, formed of two coaxial pulleys 60, 61 mounted on a rod 62 forming an axis The two pulleys 60, 61 are integral in rotation with the rod 62. Advantageously, the rod 62 provided with the two pulleys 60, 61 is rotatably mounted on a support 7 fixed on one side of the frame. 2. The pulley 60 has a role similar to that of the pulleys 41, that is to say ensure the passage of the wire 5. The pulley 60 directly drives the wire 5, the latter making a turn around the pulley 60. second pulley 61, which is not in direct contact with the wire 5, is rotated by the fall of a mass 63. This mass 63 is connected to the second pulley 61 by means of a cable 64, wrapped around this second pulley 61. When the mass 63 is released, the rotor is driven the two pulleys 60, 61 and the rod 62. The absence of gearing induces that the rotation of two pulleys 60, 61 is performed at the same speed. The first pulley 60 drives the wire 5 at a given speed. The force exerted by the mass 63, via the pulleys 60, 61, on the wire 5 is comparable to the electromotive force of a voltage generator, that is to say a battery. Similarly, the length of the cable 64 determines the difference in energy between the top dead center and the bottom dead center occupied by the ground. This length is proportional to the potential energy of the mass 63. This illustrates the potential chemical energy of a battery.

En freinant la chute de la masse 63 et/ou en modifiant sa masse, on peut régler la vitesse de rotation des poulies 60, 61, donc la vitesse de déplacement et la tension du fil 5. De même, en modifiant les diamètres respectifs des poulies et/ou la longueur du câble 64, on peut faire varier la vitesse de déplacement du fil et/ou la durée de ce déplacement. On illustre ainsi avec ce dispositif un circuit électrique, l'organe d'entrainement 6 étant assimilable à une pile et le déplacement du fil 5, dans un sens ou dans un autre selon la double flèche F, simulant le parcours du courant électrique dans le circuit. La figure 6 illustre un mode de réalisation où l'on entraine en rotation les poulies 60, 61 à l'aide d'un moteur électrique 12. L'accessoire formant l'organe d'entraînement ne comprend donc pas de masse 63 mais un moteur 12. Ce mode de réalisation est obtenu de manière simple en reliant une extrémité de la tige 62 au mandrin d'un outil électroportatif, tel qu'une perceuse ou une visseuse. Dans une telle configuration, le fait de freiner le déplacement du fil 5, par exemple en le pinçant à l'aide de la pince 8, n'affecte pas la vitesse de rotation de la tige 62. Lorsque le moteur électrique est un moteur à vitesse de rotation constante, il entraîne toujours cette dernière à la même vitesse de rotation. Le moteur électrique 12, dans cette configuration, reproduit le fonctionnement d'un générateur de courant qui délivre toujours la même intensité électrique. Un tel organe d'entrainement 6' du fil est assimilé à un générateur de courant. By braking the fall of the mass 63 and / or by modifying its mass, it is possible to adjust the speed of rotation of the pulleys 60, 61, thus the speed of displacement and the tension of the wire 5. Similarly, by modifying the respective diameters of the pulleys and / or the length of the cable 64, it is possible to vary the speed of displacement of the wire and / or the duration of this displacement. An electric circuit is thus illustrated with this device, the drive member 6 being comparable to a battery and the displacement of the wire 5, in one direction or in another according to the double arrow F, simulating the path of the electric current in the circuit. FIG. 6 illustrates an embodiment in which the pulleys 60, 61 are rotated by means of an electric motor 12. The accessory forming the drive member therefore does not include a mass 63 but a 12. This embodiment is obtained in a simple manner by connecting one end of the rod 62 to the mandrel of a power tool, such as a drill or screwdriver. In such a configuration, braking the movement of the wire 5, for example by pinching it with the aid of the clamp 8, does not affect the speed of rotation of the rod 62. When the electric motor is a motor with constant speed of rotation, it always drives the latter at the same speed of rotation. The electric motor 12, in this configuration, reproduces the operation of a current generator that always delivers the same electrical intensity. Such a drive member 6 'of the wire is likened to a current generator.

Cet organe d'entrainement 6' est différent de l'organe d'entrainement 6 qui, lui, représente un générateur de tension. Le moteur électrique 12, est propre à entraîner en rotation la tige 62 supportant les poulies 60, 61 dans le sens trigonométrique ou dans le sens inverse selon la double flèche F12. Ainsi, le fil 5 est mis en mouvement dans un sens ou dans un autre selon la double flèche F. Le moteur électrique 12 est adapté pour effectuer, rapidement et/ou régulièrement, un tel changement du sens de rotation. Un tel déplacement du fil 5, de type va-et-vient, sous l'effet de la rotation alternative du moteur électrique 12, permet à l'accessoire 6' de représenter également un générateur de courant alternatif. Dans un mode de réalisation préféré, non illustré, lorsque l'entraînement du fil 5 est réalisé par le moteur 12, la poulie 61 n'est pas présente. L'entraînement se fait directement entre le moteur 12 et la tige 62. This drive member 6 'is different from the drive member 6 which itself represents a voltage generator. The electric motor 12 is adapted to rotate the rod 62 supporting the pulleys 60, 61 in the counterclockwise direction or in the opposite direction along the double arrow F12. Thus, the wire 5 is moved in one direction or another according to the double arrow F. The electric motor 12 is adapted to perform, quickly and / or regularly, such a change in the direction of rotation. Such displacement of the wire 5, of the reciprocating type, under the effect of the alternating rotation of the electric motor 12, allows the accessory 6 'to also represent an alternating current generator. In a preferred embodiment, not illustrated, when the drive of the wire 5 is made by the motor 12, the pulley 61 is not present. The drive is done directly between the motor 12 and the rod 62.

Le fil 5 est adapté pour recevoir au moins un accessoire. Divers accessoires vont être maintenant décrits, à l'aide des figures 2 à 8 et cela de manière non limitative. Si, indépendamment de l'organe d'entraînement 6,6' à savoir indépendamment de la chute de la masse 63 ou de la rotation du moteur 12, l'utilisateur ralentit le mouvement du fil soit en pinçant ce dernier soit à l'aide d'au moins un accessoire comprimant, pinçant ou provoquant un frottement contre le fil 5, on induit une résistance au déplacement du fil 5, alors que la masse 63 n'est pas freinée dans sa chute ni le moteur 12 dans sa rotation. Par analogie, la résistance au déplacement du fil 5, correspond à une résistance au passage de l'électricité, c'est-à-dire simule une résistance ou un conducteur ohmique. The wire 5 is adapted to receive at least one accessory. Various accessories will now be described, with the help of Figures 2 to 8 and this without limitation. If, independently of the driving member 6, 6 ', namely regardless of the fall of the mass 63 or of the rotation of the motor 12, the user slows down the movement of the wire either by pinching the latter or using at least one accessory compressing, pinching or causing friction against the wire 5, induces resistance to the displacement of the wire 5, while the mass 63 is not braked in its fall or the motor 12 in its rotation. By analogy, the resistance to movement of the wire 5, corresponds to resistance to the passage of electricity, that is to say, simulates a resistor or an ohmic conductor.

La figure 2 représente un tel accessoire formant un organe de pincement du fil. Il s'agit, en l'espèce d'une pince 8 en forme de U, réalisée en un matériau élastique et permettant de coincer le fil 5 entre les branches du U lorsque l'utilisateur appuie sur ces dernières. La force sur le fil 5 est suffisante pour freiner et ralentir le déplacement de ce dernier. Cette force de pincement du fil 5 est, en variante non illustrée, exercée par les doigts de l'utilisateur. Un autre accessoire 18, illustré à la figure 8, simule également une résistance. Dans cet accessoire, une poulie 14 entraîne indirectement, éventuellement avec une démultiplication ou une surmultiplication, et sous l'action du mouvement du fil 5, des ailettes 15. Ces dernières sont freinées dans leur rotation car elles sont placées dans un caisson, illustré en pointillés, rempli d'un fluide 16 dans lequel baignent les ailettes 15. Ces dernières étant solidaires de la tige de rotation 17 de la poulie 14, le déplacement du fil 5 est freiné lors du frottement du fil sur une poulie 60 fixée également sur la tige 17. En variante, l'accessoire ne comprend pas la poulie 60, le fil 5 passant directement sur la poulie 14. Dans un autre mode de réalisation, non illustré, les ailettes 15 sont montées directement sur la tige de rotation 17, cette dernière étant entraînée par la seule poulie 60, la poulie 14 étant supprimée. La viscosité du fluide 16 est une illustration de la valeur de la résistance du conducteur ohmique. Si l'on dispose un thermomètre 19 dans le fluide 16 comme illustré à la figure 8, on note les variations de la température du fluide 16 lors de la rotation des ailettes 15. Cette variation de température est représentative de la production de chaleur par une résistance traversée par un courant. Sur le circuit, c'est-à-dire, sur le trajet du fil 5, on peut disposer un autre accessoire, permettant de mesurer la vitesse de déplacement du fil 5. Ceci permet, par analogie, de représenter une mesure de l'intensité du courant. En d'autres termes, un tel accessoire 9, tel que représenté à la figure 3, est assimilable à un ampèremètre. Avantageusement, cet accessoire est un compte tour 9 placé sur une tige 40 de rotation d'une poulie 41 et indiquant, par une mesure du nombre de rotations par minute de la poulie 41, la vitesse de déplacement du fil 5. En variante, une poulie, ou un tachymètre, est placé(e) sur le fil 5, à n'importe quel endroit du circuit. A titre d'exemple, les figures 4 à 8 illustrent d'autres accessoires qu'il est possible de relier au fil 5, donc d'insérer dans le circuit électrique. On dispose dans le circuit, éloignés l'un de l'autre, des ressorts 10, de type ressort dynamométrique, tels que schématisés à la figure 4. Lorsque la portion de fil 5 situé entre les ressorts 10 est immobilisé tout en étant maintenu en tension, on constate qu'il y a un allongement d'au moins un des ressorts 10. Cet allongement est observé lorsque, sans déplacement du fil 5, on fait varier la tension de ce dernier. La variation de la tension du fil 5 immobilisé est alors assimilable à la tension électrique, c'est-à-dire à une différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit lorsque l'intensité électrique est nulle, c'est-à-dire lorsqu'il n'y a pas de déplacement de l'électricité dans le circuit. Ainsi, par analogie, les ressorts 10 simulent un voltmètre. En l'espèce, l'immobilisation du fil 5, lorsqu'il est mis en tension, est avantageusement obtenue par une pince 8 telle qu'illustrée à la figure 2. Ici, la force exercée sur les branches de la pince par l'utilisateur est suffisante pour empêcher tout mouvement du fil. On peut également incorporer, sur le circuit, un accessoire tel qu'un taquet coinceur. Un tel taquet coinceur 11, illustré à la figure 5, n'autorise le déplacement du fil 5 que dans un seul sens, représenté par la flèche F,,, et interdit tout mouvement de retour du fil 5. Le taquet coinceur 11 est donc représentatif du fonctionnement d'une diode, par exemple une diode électroluminescente ou LED, qui n'autorise le passage du courant électrique que dans un sens donné. Un accessoire permettant de bloquer, temporairement, le déplacement du fil 5 dans un sens ou dans l'autre peut être monté sur le circuit. Pour cela, on utilise avantageusement un organe propre à effectuer un écrasement, un pincement ou un frottement du fil 5 suffisamment important, pour stopper le mouvement de ce dernier, pendant une durée donnée, lorsqu'un organe d'entraînement du fil est en action c'est-à-dire lorsqu'on simule l'action d'un générateur de tension ou de courant par respectivement, la chute de la masse 63 ou la rotation du moteur électrique 12. Avantageusement, la pince 8 illustrée à la figure 2 est adaptée pour réaliser ce blocage du fil 5. Pour cela, elle peut être pourvue d'un organe de maintien en position serrée, non illustré et connu en soi, tel un serrage à vis. En variante non illustrée, le blocage du fil est réalisé manuellement par l'utilisateur. Dans ce cas, soit l'utilisateur bloque le fil par pincement entre ses doigts, soit il utilise une pince, par exemple la pince 8. Une telle interruption du mouvement du fil 5 est représentative de l'action d'un interrupteur placé sur un circuit électrique et qui permet d'interrompre temporairement, la circulation de l'électricité dans le circuit. Dans une autre configuration, on dispose dans le circuit, c'est-à-dire qu'on intercale sur le trajet du fil 5, un accessoire permettant d'emmagasiner de l'énergie lors du déplacement du fil 5. Un tel organe est, par exemple, comme illustré à la figure 7, un ressort de torsion 13 fixé, par une extrémité 130 sur une tige 40' de rotation d'une poulie 41'. L'autre extrémité 131 du ressort 13 est reliée au cadre 2. Pour cela, elle est fixée sur une barre 132 solidaire du cadre 2. Cette poulie 41' entraîne, lors de sa rotation sous l'effet du passage du fil 5, une torsion du ressort 13. La poulie 41' est solidaire de la tige 40' de rotation qui, elle, est libre en rotation dans un logement, non visible, ménagé dans le cadre 2. La torsion du ressort 13 s'effectue par la rotation de la tige 40'. Cela permet de simuler un condensateur électrique qui emmagasine de l'énergie électrique en fonction de sa capacité. La constante de raideur du ressort 13 est représentative de la capacité du condensateur. Ici, avec un tel montage, après quelques rotations de la tige 40', le ressort 13, par sa force de rappel, s'oppose à la rotation de la poulie 41', donc au déplacement du fil 5 dans un sens. Lorsqu'on supprime la force exercée par la masse 63, la détente du ressort induit un déplacement du fil en sens inverse. On simule ainsi la décharge d'un condensateur. Un autre accessoire, non illustré, permettant d'emmagasiner de l'énergie, comprend une rondelle et montée entre deux ressorts solidaires du cadre. Ces ressorts emmagasinent de l'énergie en fonction du déplacement de la rondelle. On peut également incorporer dans le circuit un accessoire, non illustré, comprenant une masselotte qui est soit reliée au fil 5 soit à une poulie, elle-même pouvant être entraînée directement par le fil. La masselotte ou la poulie introduisent de l'inertie dans les mouvements du fil, cela en fonction de la masse de la masselotte ou du moment d'inertie de la poulie. On représente ainsi une bobine électrique qui génère une inductance dans un circuit. Ces différents accessoires, représentatifs de certains composants électriques, peuvent être incorporés unitairement ou non, de manière amovible ou non, dans le circuit selon les besoins de l'enseignement. Il est également possible d'introduire un ou plusieurs accessoires différents dans le circuit afin d'illustrer un montage particulier par exemple, un circuit comprenant une pile, un interrupteur et plusieurs LED. Ces accessoires sont aisés à mettre en oeuvre, d'un faible coût, et d'une maintenance simple. Ils permettent de visualiser et également, de « toucher » les grandeurs électrocinétiques. Ils sont adaptés pour être aisément mis en oeuvre par les élèves. Figure 2 shows such an accessory forming a pinch member of the wire. This is, in this case a clamp 8 U-shaped, made of an elastic material and to wedge the wire 5 between the branches of the U when the user presses them. The force on the wire 5 is sufficient to slow down and slow the movement of the latter. This pinching force of the wire 5 is, as a variant, not illustrated, exerted by the fingers of the user. Another accessory 18, illustrated in FIG. 8, also simulates a resistor. In this accessory, a pulley 14 indirectly drives, possibly with a reduction or overdrive, and under the action of the movement of the wire 5, the fins 15. The latter are braked in their rotation because they are placed in a box, illustrated in FIG. dotted, filled with a fluid 16 in which the fins 15 are immersed. The latter being integral with the rotation rod 17 of the pulley 14, the displacement of the wire 5 is braked during the friction of the wire on a pulley 60 also fixed on the 17. Alternatively, the accessory does not include the pulley 60, the wire 5 passing directly on the pulley 14. In another embodiment, not shown, the fins 15 are mounted directly on the rotation rod 17, the last being driven by the single pulley 60, the pulley 14 being removed. The viscosity of the fluid 16 is an illustration of the resistance value of the ohmic conductor. If a thermometer 19 is available in the fluid 16 as illustrated in FIG. 8, the variations in the temperature of the fluid 16 during the rotation of the fins 15 are noted. This variation in temperature is representative of the heat production by a resistance crossed by a current. On the circuit, that is to say, in the path of the wire 5, there may be another accessory, for measuring the speed of movement of the wire 5. This allows, by analogy, to represent a measurement of the current intensity. In other words, such an accessory 9, as shown in Figure 3, is comparable to an ammeter. Advantageously, this accessory is a turn counter 9 placed on a rod 40 of rotation of a pulley 41 and indicating, by a measurement of the number of rotations per minute of the pulley 41, the speed of movement of the wire 5. As a variant, a pulley, or a tachometer, is placed on the wire 5, at any point of the circuit. For example, Figures 4 to 8 illustrate other accessories that can be connected to the wire 5, so to insert into the electrical circuit. Provided in the circuit, distant from each other, are the springs 10, of dynamometric spring type, as shown schematically in FIG. 4. When the portion of wire 5 situated between the springs 10 is immobilized while being held in position. voltage, it is found that there is an elongation of at least one of the springs 10. This elongation is observed when, without displacement of the wire 5, the tension of the latter is varied. The variation of the voltage of the immobilized wire 5 is then comparable to the electric voltage, that is to say to a difference of electric potential between two points of a circuit when the electrical intensity is zero, that is to say say when there is no movement of electricity in the circuit. Thus, by analogy, the springs 10 simulate a voltmeter. In this case, the immobilization of the wire 5, when it is tensioned, is advantageously obtained by a clamp 8 as illustrated in FIG. 2. Here, the force exerted on the branches of the clamp by the user is sufficient to prevent any movement of the wire. It can also incorporate, on the circuit, an accessory such as a cleat. Such a jam cleat 11, illustrated in Figure 5, allows the movement of the wire 5 in one direction, represented by the arrow F ,,, and prohibits any return movement of the wire 5. The cleat 11 is therefore representative of the operation of a diode, for example a light emitting diode or LED, which only allows the passage of electric current in a given direction. An accessory for temporarily blocking the movement of the wire 5 in one direction or the other may be mounted on the circuit. For this purpose, it is advantageous to use a member capable of crushing, pinching or rubbing the wire 5 sufficiently large to stop the movement of the wire during a given period of time when a wire drive member is in action. that is to say when simulating the action of a voltage or current generator by respectively, the fall of the mass 63 or the rotation of the electric motor 12. Advantageously, the clamp 8 illustrated in FIG. is adapted to achieve this blocking of the wire 5. For this, it can be provided with a holding member in the closed position, not shown and known per se, such as a screw clamping. As a variant not shown, the blocking of the wire is performed manually by the user. In this case, either the user blocks the wire by pinching between his fingers, or he uses a clamp, for example the clamp 8. Such an interruption in the movement of the wire 5 is representative of the action of a switch placed on a electrical circuit and which allows to temporarily interrupt the flow of electricity in the circuit. In another configuration, it has in the circuit, that is to say that is interposed in the path of the wire 5, an accessory for storing energy during the movement of the wire 5. Such an organ is for example, as illustrated in Figure 7, a torsion spring 13 fixed by one end 130 on a rod 40 'of rotation of a pulley 41'. The other end 131 of the spring 13 is connected to the frame 2. For this, it is fixed on a bar 132 secured to the frame 2. This pulley 41 'causes, during its rotation under the effect of the passage of the wire 5, a torsion of the spring 13. The pulley 41 'is integral with the rod 40' of rotation, which itself is free to rotate in a housing, not visible, formed in the frame 2. The torsion of the spring 13 is effected by the rotation of the rod 40 '. This simulates an electrical capacitor that stores electrical energy according to its capacity. The stiffness constant of the spring 13 is representative of the capacity of the capacitor. Here, with such an assembly, after a few rotations of the rod 40 ', the spring 13, by its restoring force, opposes the rotation of the pulley 41', so the movement of the wire 5 in one direction. When the force exerted by the mass 63 is eliminated, the expansion of the spring causes the yarn to move in the opposite direction. This simulates the discharge of a capacitor. Another accessory, not shown, for storing energy, includes a washer and mounted between two springs integral with the frame. These springs store energy depending on the displacement of the washer. It is also possible to incorporate in the circuit an accessory, not illustrated, comprising a flyweight which is either connected to the wire 5 or to a pulley, which itself can be driven directly by the wire. The flyweight or the pulley introduce inertia in the movements of the wire, this depending on the mass of the flyweight or the moment of inertia of the pulley. An electrical coil is thus represented which generates an inductance in a circuit. These various accessories, representative of certain electrical components, can be incorporated individually or not, removably or not, in the circuit according to the needs of education. It is also possible to introduce one or more different accessories in the circuit to illustrate a particular assembly for example, a circuit comprising a battery, a switch and several LEDs. These accessories are easy to implement, low cost, and simple maintenance. They make it possible to visualize and also to "touch" the electrokinetic quantities. They are adapted to be easily implemented by the students.

On peut également illustrer simplement les relations entre les grandeurs d'électrocinétiques avec un tel dispositif. Le fait, par exemple que le fil 5, se déplace à la même vitesse en tous points de la boucle illustre le fait que l'intensité électrique est identique en tout point d'un circuit en série. Si on freine le déplacement du fil à deux endroits de la boucle, on simule l'effet de deux résistances en série dans un circuit. L'élève, lorsqu'il effectue ce ralentissement par deux pincements manuels peut noter que l'on diminue l'intensité du courant dans l'ensemble du circuit, c'est-à-dire que la vitesse du fil 5 diminue. De plus dans ce cas, on ralentit la chute de la masse 63 c'est-à-dire qu'on baisse l'intensité de sortie de la pile. It is also easy to illustrate the relationship between the quantities of electrokinetics with such a device. The fact, for example that the wire 5, moves at the same speed in all points of the loop illustrates the fact that the electrical intensity is identical at every point of a series circuit. If we slow the movement of the wire in two places of the loop, we simulate the effect of two resistors in series in a circuit. The pupil, when performing this slowing down by two manual pinches, may note that the intensity of the current is reduced throughout the circuit, that is to say, the speed of the wire 5 decreases. Moreover, in this case, the fall of the mass 63 is slowed down, that is to say that the output intensity of the battery is lowered.

Lors d'un pincement manuel du fil 5, on ressent un échauffement des doigts, ce qui illustre également la transformation d'énergie électrique en énergie calorique par une résistance.. Eventuellement, une sonde de température est montée sur la pince, permettant de visualiser le dégagement de chaleur par une résistance, en l'espèce lorsque la pince 8 freine le déplacement du fil 5. During a manual pinching of the wire 5, it feels a heating of the fingers, which also illustrates the conversion of electrical energy into caloric energy by a resistance .. Optionally, a temperature sensor is mounted on the clamp, for viewing the release of heat by a resistor, in this case when the clamp 8 brakes the movement of the wire 5.

L'absence de frein, au mouvement du fil permet à ce dernier d'atteindre une vitesse rapide, représentative d'un court circuit. Il est également aisé de relier plusieurs dispositifs entre eux, c'est-à-dire de simuler des circuits en série. Il s'agit dans tous les cas d'une représentation de circuits en série, une représentation pour des circuits en dérivation n'est pas, dans une première approche, aisée à réaliser avec un tel dispositif. Ce dispositif est particulièrement adapté à la représentation des grandeurs électrocinétiques, néanmoins certaines autres grandeurs peuvent être, après une adaptation du circuit, représentées par un tel dispositif. Par exemple, des grandeurs énergétiques ou mécaniques. 10 BIBLIOGRAPHIE The absence of brake, the movement of the wire allows the latter to reach a fast speed, representative of a short circuit. It is also easy to connect several devices together, that is to say to simulate series circuits. This is in all cases a representation of circuits in series, a representation for shunt circuits is not, in a first approach, easy to achieve with such a device. This device is particularly suitable for the representation of electrokinetic quantities, nevertheless some other quantities may be, after an adaptation of the circuit, represented by such a device. For example, energy or mechanical magnitudes. 10 BIBLIOGRAPHY

DUPIN et JOSHUA, Analogie et enseignement des sciences, une analogie thermique pour l'électricité, Didaskalia, n°3, 1994, pages 9-26. CLOSET, 1992 raisonnement en électricité et hydrodynamique, Aster, 14, 143-155. 10 DUPIN and JOSHUA, Analogy and Science Teaching, a thermal analogy for electricity, Didaskalia, No. 3, 1994, pages 9-26. CLOSET, 1992 reasoning in electricity and hydrodynamics, Aster, 14, 143-155. 10

Claims

CLAIMS1.- A device (1) for teaching experimentation for the teaching of electrokinetics, characterized in that it comprises a frame (2) equipped with at least two guiding members (4) of a wire (5) forming a loop held between the guide members (4), a member (6, 6 ') for driving the wire (5) in translation, at least one accessory (8, 9, 10; 13, 18) representative of an electrical component and its properties, the wire (5) being adapted to receive at least one accessory (8, 9, 10, 11, 13, 18).

2.- Device according to claim 1, characterized in that the guide members (4) comprise at least one pulley (41) rotatably mounted on a rod (40) fixed on the frame (2).

3.- Device according to claim 1, characterized in that the drive member (6) comprises a mass (63) whose fall simulates a voltage generator.

4.- Device according to claim 1, characterized in that the member (6 ') for driving comprises an electric motor (12).

5.- Device according to claim 4, characterized in that the electric motor (12) is a constant rotation speed motor whose rotary motion (F12) simulates a current generator.

6.- Device according to one of the preceding claims, characterized in that the accessory is a device (8) braking or disturbing the movement of the wire (5) permanently or temporarily.

7.- Device according to claim 6, characterized in that the accessory is a clamp (8) adapted to simulate a resistor or a switch.

8.- Device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the accessory is an accessory (18) having a pulley (14) driving fins (15) braked in their rotation by a fluid (16) and simulating resistance.

9.- Device according to one of the preceding claims, characterized in that the accessory is a spring, torque or torsion (10; 13), suitable to participate in the simulation of a voltmeter or a capacitor.

10.-Device according to one of the preceding claims, characterized in that the accessory is a flyweight, set in motion by the wire (5) when it is rotated, and simulating an electric coil.

11.-Device according to one of the preceding claims, characterized in that the accessory is a cleat (11) simulating a diode.12

12.- Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises a revolution counter (9) or a tachymeter mounted on a guide member (4) adapted to simulate an ammeter.

13.- Device according to one of the preceding claims, characterized in that it comprises three or four guide members (4).