Niveau, thème :

Seconde (Constitution de la matière de l’échelle microscopique à l’échelle macroscopie)

Type d’activité

Expérimentale

Compétences :

• Analyser/raisonner :
  • Choisir, élaborer, justifier un protocole
• Réaliser :
  • Réaliser un montage utilisant un microcontrôleur et un capteur.
  • Mettre en œuvre les étapes d’une démarche.
  • Tracer une courbe avec un logiciel traceur-grapheur.
  • Mettre en œuvre un protocole expérimental en respectant les règles de sécurité.
• Communiquer :
  • Présenter une démarche de manière argumentée, synthétique et cohérente.
  • Mesurer une température de changement d’état.

CRCN - Compétences Num.

• Domaine 1 : Informations et données
  • Traiter des données (mettre en relation dans un tableur par exemple)
• Domaine 3 : Création de contenus
  • Programmer
• Domaine 5 : Environnement numérique
  • Résoudre des problèmes techniques (connaissance de l’ordinateur et de ses périphériques, problème d’accès)
  • Évoluer dans un environnement numérique (connexion à un ENT, utiliser / retrouver des ressources)

Notions et contenus du programme

• Identifier, à partir de valeurs de références, une espèce chimique par ses températures de changement d’état, sa masse volumique ou par des tests chimiques.
• Distinguer un mélange d’un corps pur à partir de données expérimentales.
• Mesurer une température de changement d’état, …, pour identifier une espèce chimique et, le cas échéant, qualifier l’échantillon de mélange.

Objectif(s) pédagogique(s)

• Analyser une situation.
• Proposer et mettre en œuvre un protocole.
• Analyser les résultats de l’expérience pour conclure.

Objectifs disciplinaires et/ou transversaux

• Réaliser un montage utilisant un microcontrôleur de type Arduino™ pour suivre l’évolution de la température d’un mélange.
• Mettre en œuvre un protocole pour identifier des espèces chimiques par leur température de changement d’état.
• Savoir distinguer un corps pur d’un mélange par la mesure de la température de changement d’état.

Description succincte de l’activité

• L’activité se réalise en plusieurs temps :
  • Découverte du capteur de température et du montage à réaliser
  • Analyse succincte du code
  • Réalisation du montage, et préparation du dispositif
  • Réalisation des mesures de température automatisées et analyse des résultats.

Découpage temporel de la séquence

Activité 1 : Analyse du montage

• Schéma du montage permettant de mesurer une température en utilisant un microcontrôleur.
• Données sur le programme de mesure de température avec un micro-contrôleur.
• Travail à réaliser en groupe ou seul, en autonomie :
• Préparation en ligne du schéma du montage avec microcontrôleur qui permet de mesurer une température sur le site « Tinkercad » (30 min)
• Dépôt des travaux sur l’ENT
• Quiz à réaliser en autonomie, qui permet de valider que l’élève a compris les principales fonctions dans le code.

• Validation des montages

Activité 2 : Mise en situation

• Découverte de la situation contextualisée (5 min)

• Schéma du montage et code
  • Discussion en groupe / proposition de protocole (10 min)
  • Vérification par le professeur (via l’ENT)
  • Réalisation du montage avec microcontrôleur (20 min)
  • Réalisation des mesures (40 min)
  • Tracé sur le tableur-grapheur (10 min)
  • Analyse et conclusion (10 min)

• Possibilité de proposer des améliorations du dispositif.
• Par exemple, mesures automatisées, ajout d’une diode lors d’un palier de température…

Pré-requis

• Espèce chimique, corps purs, mélanges
• Propriétés des changements d’état
• Notions de base sur l’utilisation du microcontrôleur (branchement, codage, téléversement).
• Notions de base sur l’utilisation de l’outil « Tinkercad » ou autre pour la modélisation du circuit.

Outils numériques utilisés/Matériel

• Microcontrôleur de type Arduino™
• Tableur-grapheur (regressi par exemple, excel, open office)
• Pad de l’ENT en mode collaboratif
• Mur collaboratif de l’ENT (ou autre)

Gestion du groupe - Durée estimée

• 2 heures en groupe

Retour d’expérience

• Les mesures ont été testées avec différents capteurs.
• Les fiches sont proposées en différentes versions : capteur TMP36 et capteur DS18B20.
• Les tests avec la sonde LM35CZ n’ont pas été concluants.

Sources

https://www.carnetdumaker.net/articles/mesurer-une-temperature-avec-un-capteur-lm35-et-une-carte-arduino-genuino/

http://electroniqueamateur.blogspot.com/2014/10/transmettre-les-donnees-darduino-vers.html

http://www.ihm3d.fr/httpwww-ihm3d-frla-sonde-de-temperature-ds18b20.html

http://electroniqueamateur.blogspot.com/2014/10/transmettre-les-donnees-darduino-vers.html

En pièce jointe :

• Le fichier permettant d’envoyer les valeurs vers excel.
• Le fichier élève.
• Le fichier professeur donnant quelques explications et conseils pour la mise en oeuvre.