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Quatrième · Technologie · Chapitre 3

Matériaux, procédés et énergie : chaîne d'énergie, conversions et choix

Ce que tu sauras faire

  • Comparer les principaux matériaux par leurs conductibilités électrique et thermique, et choisir conducteur ou isolant selon la fonction.
  • Distinguer les deux modes de sollicitation d'un matériau, la flexion et la torsion, et reconnaître une pièce qui subit l'un ou l'autre.
  • Mettre en relation la forme d'une pièce avec le procédé qui la réalise (enlèvement ou ajout de matière, mise en forme, assemblage).
  • Nommer les formes d'énergie (électrique, cinétique, potentielle, thermique, lumineuse) et indiquer l'énergie en entrée et en sortie d'un moteur électrique, d'une lampe, d'un radiateur, d'une génératrice et d'un vérin.
  • Identifier les constituants d'une chaîne d'énergie, les associer à leur fonction (alimenter, distribuer, convertir, transmettre) et repérer les flux d'énergie.
  • Expliquer la fonction d'une batterie, d'un interrupteur et d'un relais, et calculer l'énergie stockée et l'autonomie d'une batterie.
  • Distinguer transmission et transformation de mouvement, comparer engrenages, courroies et chaînes, et calculer une vitesse de sortie avec le nombre de dents.

Au programme du chapitre

  1. Les propriétés qui guident le choix d'un matériau
  2. La conductibilité électrique : conducteurs et isolants
  3. La conductibilité thermique : laisser passer la chaleur, ou l'arrêter
  4. La flexion et la torsion : comment on sollicite une pièce
  5. La forme d'une pièce et le procédé qui la réalise
  6. Les formes d'énergie
  7. Les conversions d'énergie
  8. La chaîne d'énergie : des constituants, des fonctions, des flux
  9. Batterie, interrupteur et relais
  10. Transmettre et transformer un mouvement
  11. Tout assembler : analyser une perceuse-visseuse sans fil

Exercices corrigés

Exercice 1

Le tournevis d'un électricien a une poignée en plastique et une tige en acier. Pourquoi ne pas faire l'objet entier en plastique, ou entier en acier ?
Un coup de pouce
Pour chaque partie, demande-toi quelle propriété la fonction réclame : isoler, ou résister à l'effort.
Voir la correction pas à pas
Chaque partie a sa fonction, donc sa propriété.
La poignée est en plastique parce que le plastique est un isolant électrique : si la tige touche un fil sous tension, le courant ne passe pas dans la main. Elle est aussi confortable à tenir.
La tige est en acier parce qu'elle subit une torsion chaque fois qu'on serre une vis : l'acier est un métal résistant et rigide, qui ne se tord pas définitivement et ne se casse pas. Une tige en plastique se vrillerait.
Tout en acier : la poignée conduirait le courant, ce qui serait dangereux. Tout en plastique : la tige ne tiendrait pas l'effort. On associe deux matériaux pour cumuler deux propriétés.

Exercice 2

Une étagère en planche fléchit trop sous le poids des livres. Léa propose de la remplacer par une planche en matériau plus dur ; Hugo propose de la poser sur la tranche, ou de prendre une planche plus épaisse. Qui a la meilleure idée, et pourquoi ?
Un coup de pouce
Distingue dur (se raye difficilement) et rigide (fléchit peu), puis pense à la forme de la pièce.
Voir la correction pas à pas
Hugo a la meilleure idée, et Léa mélange deux notions.
Un matériau dur se raye difficilement : cela ne veut pas dire qu'il est rigide (qu'il fléchit peu). Ce qui compte pour la flexion, c'est la rigidité.
La forme joue beaucoup : à matière égale, une planche posée sur la tranche fléchit beaucoup moins qu'à plat, et une planche plus épaisse aussi, parce que la matière est placée plus haut. On peut aussi rapprocher les appuis.
Pour comparer les solutions, on fait un essai : même portée, même charge au milieu, et on mesure la flèche à chaque fois.

Les pièges à éviter

  • Écrire qu'un matériau est « un bon isolant » sans préciser s'il isole l'électricité ou la chaleur.
  • Croire que le métal est plus froid que le bois parce qu'il est « plus froid au toucher ».
  • Confondre dur, rigide et résistant.
  • Confondre flexion et torsion.

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