ETC7 - RESISTANCE ET LOI D'OHM

Physique L'énergie, ses transferts et ses conversions #7

Attendus de fin de cycle Réaliser des circuits électriques simples et exploiter les lois de l’électricité.

Info

Chapitre ETC7 Résistance et loi d'Ohm

Chauffage de terrasse. Installé sur les terrasses des cafés l'hiver, ce dispositif permettait au client de rester à l'extérieur sans avoir froid.

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Index

Activité 3

Activité 2

Activité 1

Les activités expérimentales ou documentaires réalisées en classe, les bilans à recopier et à apprendre avec les notions-clés du chapitre

Bilan 3

Bilan 4

Bilan 1

Bilan 2

1. Les résistors et la résistance

• Dans des conditions identiques, tous les matériaux conducteurs ne permettent pas le même transfert d’énergie électrique.
• La « résistance électrique » d’un dipôle indique sa capacité à s’opposer au transfert d’énergie en limitant l’intensité du courant.
• Un dipôle de résistance très faible est un bon conducteur. Un bon isolant possède au contraire une résistance très élevée.
• Les résistors sont des dipôles résistifs introduits dans un circuit afin d’y limiter l’intensité du courant.

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Activité 1

2. Les mesures de résistance

• La résistance R d’un dipôle se mesure avec un ohmmètre. La mesure s’effectue à l’extérieur du circuit.
• L’unité de mesure de la résistance est l’ohm (de symbole Ω).
• On utilise aussi des multiples de l’ohm : le kiloohm (kΩ) et le mégaohm (MΩ). 1 kΩ = 1 000 Ω = 103 Ω et 1 MΩ = 1 000 000 Ω = 106 Ω.

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Activité 1

🧲 La résistance électrique

Physique-chimie ‖ Collège

Video

Cette vidéo aborde la notion de résistance électrique. Le sens physique de cette notion de physique est expliquée à l'aide d'une analogie.

3. La loi d'Ohm

• La tension U aux bornes d’un résistor est proportionnelle à l’intensité I du courant qui le traverse. Le coefficient de proportionnalité est la résistance R de ce dipôle. Ce résultat est connu sous le nom de loi d’Ohm et se formule :
• Après reformulation éventuelle, la loi d’Ohm permet de calculer la valeur d’une des trois grandeurs qu’elle relie, dès lors que les deux autres sont connues.
• Un dipôle obéissant à la loi d’Ohm est appelé un dipôle ohmique.

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Activité 2

⌚🧲 Qu'est-ce que la loi d'Ohm ?

Physique-chimie ‖ Collège

Video

Cette vidéo flash explique comment déterminer expérimentalement la loi d'Ohm pas à pas. La formule y est présentée, les unités des différentes grandeurs précisées.

✍ Modifier la formule de la loi d'Ohm

Physique-Chimie ‖ Collège

Video

Cette courte vidéo présente comment, à partir de la loi d'Ohm (U = R x I), déterminer les formules permettant de calculer la résistance électrique R ou l'intensité du courant électrique I.

📝🧲 Exercices sur la loi d'Ohm

Physique-Chimie ‖ Collège

Video

Cette vidéo présente 3 exercices corrigés sur la loi d'Ohm.

4. L’effet Joule

• Le résistor est un convertisseur d’énergie : il convertit l’énergie électrique en énergie thermique. C’est l’effet Joule.
• L’effet Joule est utile dans le cas des appareils de chauffage.
• En revanche, on cherche à le réduire dans les circuits électroniques.

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Activité 3

Résistor et résistance

"Quel est le rôle d'un résistor ? Qu'est-ce que sa résistance ?"

En électronique, on trouve dans les circuits de petits composants présentant des anneaux colorés appelés résistors et utilisés pour leur résistance.

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Les matériaux conducteurs se comportent-ils tous de la même façon ?

• Réaliser un circuit avec un générateur, une lampe et un ampèremètre.
• Insérer un fil de cuivre en série dans le circuit.
• Observer l'éclat de la lampe et mesurer l'intensité du courant.
• Remplacer le fil de cuivre par le fil de titane et mesurer de nouveau l'intensité du courant.

Protocole expérimentale

Observations

Fig. 2 : Montage réalisé avec le fil de titane.

Fig. 1 : Montage réalisé avec le fil de cuivre.

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La résistance électrique, une grandeur physique

Mesurer une résistance

La découverte de la résistance électrique par Georg Ohm

On mesure la résistance aux bornes d'un récepteur isolé à l'aide d'un ohmmètre, représenté par le symbole : Le sens de branchement n'a pas d'importance.

En plaçant des fils de différents métaux dans des circuits électriques, le physicien allemand Georg Ohm a constaté que le courant y circulait plus ou moins bien. Il en déduit que les métaux n'avaient pas tous le même "pouvoir conducteur" : certains "résistaient" plus au passage du courant que d'autres. Il est donc possible de classer les différents conducteurs selon leur "résistance électrique" : c'est la propriété à s'opposer au passage du courant.

Georg Ohm, physicien allemand (1789-1854)

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Fig. 3a : Rcuivre = 1,8 Ω.

Fig. 3b : Rtitane = 22,1 Ω.

L'intérêt des résistors

Effet d'un résistor dans un circuit

Le résistor

On réalise un montage comportant un générateur, une lampe et un ampèremètre puis on mesure l'intensité du courant dans le circuit. On place ensuite tour à tour des résistors de différentes résistances (Fig. 5a) en mesurant à chaque fois l'intensité du courant dans le circuit (Fig. 5b).

Dans les circuits électriques, des composants appelés "résistors" sont utilisés pour s'opposer au passage du courant. Ils sont conçus pour avoir une certaine résistance électrique. Selon les matériaux, plus ou moins conducteurs, avec lesquels ils sont fabriqués, leur résistance varie. La présence d'un résistor diminue l'intensité du courant dans le circuit.

Fig. 5a : Intensité du courant en fonction du résistor.

Fig. 4a : Un résistor.

Fig. 4b : Symbole normalisé du résistor.

Fig. 5b : Mesure de l'intensité du courant dans l'un des montages.

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La loi d'Ohm

"Quelle relation existe-t-il entre la tension aux bornes d'un résistor et l'intensité du courant qui le traverse ?"

En lisant la notice d'une DEL, Jade découvre qu'un résistor doit lui être associé pour la protéger. Jade se demande comment la valeur de la tension aux bornes du résistor peut se prévoir à l'avance et si elle est liée à l'intensité du courant dans le circuit.

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Protocole expérimental

• Réaliser le circuit de la figure 1 pour mesurer la tension U aux bornes du résistor et l'intensité I du courant qui le traverse.
• Faire varier la tension du générateur et reporter les valeurs de U et de I correspondantes dans un tableau.

Matériel

• un résistor de 22 Ω.
• un générateur de tension réglable, un voltmètre, un ampèremètre, cinq fils de connexion.

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Fig. 1 : Mesures de la tension et de l'intensité.

caractéristique

résultats

Loi d'Ohm

Expérience réalisée avec un résistor de 147 Ω

Conversion d'énergie

"A quoi servent ces résistances ?"

Lave-linge, bouilloire électrique, sèche-cheveux, nos appareils électriques sont souvent équipés d'éléments appelées "résistance".

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Protocole expérimentale

• Rélier un résistor de 10 Ω à un générateur.
• Plonger le résistor dans de l'eau contenue dans un bécher et mesurer la température de l'eau à l'aide d'un thermomètre.
• Mettre le générateur sous tension, puis mesurer à nouveau la température de l'eau au bout de quelques minutes.

Observations

Fig. 1 : Mesure de la température, générateur éteint.

Fig. 2 : Mesure de la température, au bout de 2 minutes.

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L'essentiel !

Chapitre ETC7 - Résistance et loi d'Ohm

La résistance d'un dipôle exprime sa capacité à limiter l'intensité du courant électrique. Les résistors sont les dipôles que l'on utilise dans ce seul but.

# 1

La résistance d'un dipôle est symbolisée par la lettre R, son unité est l'Ohm (Ω). Elle se mesure à l'extérieur du circuit avec un ohmmètre.

# 2

Les dipôles qui respectent la loi d'Ohm, U = R × I ont entre leurs bornes une tension U proportionnelle à l'intensité I du courant qui les traverse. Ce sont des dipôles ohmiques.

# 3

Le passage d'un courant électrique dans un dipôle ohmique provoque la conversion d'une partie de l'énergie électrique sous forme thermique. Ce phénomène s'appelle l'effet Joule.

# 4

Eureka!

Merci de votre attention !

Pensez à apprendre votre cours.

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