Expériences scientifiques pour enfants : Fabriquer une horloge au citron

Apprendre l'électricité

Expériences scientifiques pour enfants : Fabriquer une horloge au citron

Faisant partie d'une génération d'enfants grandissant dans un monde de plus en plus vert et éco-conscient, les ampoules basse consommation et voitures hybrides sont la norme pour votre enfant. Fabriquer une horloge qui fonctionne à l'énergie des agrumes n'est pas seulement un moyen puissant de renforcer l'idée qu'il existe des sources d'énergie alternatives partout, mais c'est aussi un excellent moyen pour elle d'en apprendre davantage sur l'électricité et les matériaux conducteurs. Notez que bien que l'utilisation de pinces crocodiles soit idéale pour cette expérience, vous ne pouvez les utiliser que si les bornes dans le compartiment à piles de l'horloge sont assez grandes pour y clipser. Sinon, vous devrez utiliser du ruban adhésif électrique pour fixer les extrémités des fils aux bornes.

Compétences travaillées

  • Méthode scientifique
  • Compréhension de base du fonctionnement de l'électricité
  • Exploration des matériaux conducteurs

Matériel nécessaire

  • 2 gros citrons ou autres agrumes
  • 3 fils de cuivre, environ 30 cm chacun
  • 2 pièces de cuivre ou clous en cuivre
  • 2 gros clous en zinc galvanisé (au moins 5 cm)
  • Horloge à pile (utilisant une seule pile, sans cordon secteur)
  • 2 pinces crocodiles (électriques) ou ruban adhésif électrique
  • Pile AA
  • Papier et crayon
  • Marqueur permanent

Apprendre l'électricité, les électrons et les piles

  • Regardez la pile AA avec votre enfant pour noter qu'un bout a un signe "+" et l'autre un signe "-". Ce sont les bornes positive et négative. Pour aller plus loin, ouvrez le compartiment à piles de l'horloge et notez qu'il a aussi des bornes positive et négative.
  • De minuscules particules d'électricité appelées électrons peuvent voyager entre une borne négative et positive, s'il y a quelque chose les reliant qui permet à ces électrons de circuler. Cette connexion s'appelle un conducteur, et certains matériaux, dont le zinc et le cuivre, sont de bien meilleurs conducteurs que d'autres. Quand deux métaux différents sont utilisés comme bornes, les électrons poussent plus fort dans un sens que dans l'autre, créant un courant.
  • Dans les appareils à piles, la pile elle-même produit des électrons par une réaction chimique qui se produit quand un circuit conducteur est créé en mettant la pile entre les bornes positive et négative dans le compartiment. La réaction chimique n'a lieu que quand la pile est en place.
  • Quand des matériaux conducteurs sont placés dans des solutions et jus acides (comme ceux des agrumes), cela crée aussi une réaction chimique. Cette réaction décompose la structure du métal, libérant des électrons dans la solution.

Réaliser l'expérience

Formuler une hypothèse

1. Parcourez les informations de base sur l'électricité et les piles ici avec votre enfant pour qu'elle ait une compréhension de base du fonctionnement des piles et de la conduction. Montrez-lui le matériel, et dites-lui que vous allez l'utiliser pour faire marcher l'horloge sans pile.
2. Identifiez chaque matériau par son nom et sa composition (clou en zinc, clou en cuivre), et demandez-lui de prédire ce qui se passera si vous connectez tous ces matériaux ensemble.
3. Faites-lui faire un schéma basique de ce qu'elle pense qu'il faut faire et ce qui arrivera. Ce sera son plan et son hypothèse.

Comment procéder

1. Fixez solidement une extrémité d'un fil de cuivre juste sous la tête d'un des clous en zinc en l'enroulant autour. Attachez une petite pince crocodile à l'autre extrémité du fil. Si vous n'avez pas de pinces crocodiles, laissez l'extrémité du fil telle quelle.
2. Attachez l'extrémité d'un second fil de cuivre à un clou en cuivre en le tordant autour (ou, si vous utilisez une pièce, fixez-la avec du ruban adhésif électrique). Attachez l'autre pince crocodile à l'autre extrémité de ce fil. Encore une fois, sans pinces, laissez l'extrémité telle quelle.
3. Fixez un clou en zinc à une extrémité du troisième fil et un clou en cuivre (ou pièce) à l'autre extrémité.
4. Mettez le câblage de côté un moment, et préparez les citrons. Utilisez un marqueur permanent pour étiqueter un citron comme Citron 1 et l'autre comme Citron 2. Ensuite, vous devez détendre la pulpe à l'intérieur et libérer un peu de jus dans les citrons sans casser l'écorce en pressant doucement les citrons, et/ou en les roulant sur une table en appliquant une pression douce.
5. Placez le Citron 1 et le Citron 2 côte à côte sur une table. Localisez le fil attaché au premier clou en zinc, et piquez le clou dans le Citron 1, en vous assurant que le clou perce l'écorce et est enfoncé dans la partie pulpeuse mais ne sort pas de l'autre côté.
6. Localisez le fil attaché au clou en cuivre ou à la pièce. Enfoncez ce clou dans le Citron 2 (ou faites une fente profonde dans le citron, et placez la pièce dans la fente).
7. Ensuite, prenez le fil avec un clou en cuivre à une extrémité et un clou en zinc à l'autre. Enfoncez le clou en zinc dans le Citron 2, à environ 2,5 cm du clou en cuivre ou de la pièce déjà dans le citron.
8. Insérez l'extrémité clou en cuivre/pièce du même fil dans le Citron 1, à environ 2,5 cm du clou en zinc déjà enfoncé.
9. Connectez l'extrémité libre du fil dans le Citron 1 à l'horloge en clipant la pince crocodile sur l'une des bornes de la pile dans l'horloge. Sans pinces, fixez l'extrémité du fil à la borne avec du ruban adhésif électrique. Complétez le circuit en connectant l'extrémité libre du fil dans le Citron 2 à l'autre borne de la même façon. Compléter le circuit devrait alimenter l'horloge. Si l'horloge ne marche pas, les connexions peuvent être lâches, les extrémités des fils connectées à l'horloge peuvent être attachées aux mêmes métaux, ou le courant du citron est trop faible. Si toutes les connexions sont bonnes, essayez de remplacer les citrons par des pommes de terre.

Observations

Posez-vous les questions :

  • Pourquoi pensez-vous qu'il a fallu utiliser des clous en zinc et cuivre ?
  • Pourquoi l'horloge s'allume-t-elle ?
  • Pourquoi faut-il connecter le Citron 1 et le Citron 2 entre eux ?
  • Comment les citrons sont-ils comme une pile quand ils sont connectés ?
  • Qu'est-ce qui dans le citron permet de conduire l'électricité ?
  • Quels autres aliments pensez-vous qui conduiraient l'électricité ?

Ce qui se passe

Quand vous mettez le zinc et le cuivre dans le jus de citron, cela crée une réaction chimique qui transforme l'énergie chimique en énergie électrique. Ce changement d'énergie est une réaction voltaïque, qui transforme les citrons en pile voltaïque. Les réactions chimiques poussent les électrons libérés de chaque métal à travers le fil de cuivre et, comme les métaux sont différents, les électrons poussent plus fort dans un sens. Ils se déplacent en cercle, passant par les fils aux bornes de l'horloge et retour au citron, créant un courant électrique qui peut être assez puissant pour alimenter l'horloge. Une fois que le jus de citron commence à sécher, la réaction diminue, et vous devrez changer la "pile".

Aller plus loin

Essayez avec différents agrumes, jus d'orange, ou soda pour voir comment ils fonctionnent comme piles voltaïques.

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