4ᵉ · Physique-Chimie · L'énergie : conversions & transferts
Une résistance est un dipôle qui s'oppose plus ou moins au passage du courant électrique. On note sa valeur R et on la mesure en ohm (symbole Ω). Plus R est grande, plus le dipôle freine le courant.
Dans un circuit, si on augmente la valeur de la résistance, l'intensité du courant (en ampère, A) diminue : la résistance « ralentit » le courant. Si on diminue R, l'intensité augmente.
Pour un dipôle ohmique (une résistance), la tension U à ses bornes et l'intensité I qui le traverse sont liées par la loi d'Ohm :
U est en volt (V), R en ohm (Ω) et I en ampère (A). Attention aux unités : I doit être en ampère, pas en milliampère.
La caractéristique est le graphique qui donne la tension U en fonction de l'intensité I. Pour une résistance, on obtient une droite qui passe par l'origine : U et I sont proportionnels. La pente de cette droite est justement la valeur R de la résistance.
À partir de U = R × I, on retrouve les deux autres formules :
Pour retenir : on peut placer U en haut, R et I en bas dans un triangle. On cache la grandeur cherchée pour lire la formule.
Quand un courant traverse une résistance, celle-ci chauffe : c'est l'effet Joule. C'est utile dans un radiateur, un grille-pain ou une bouilloire. Mais si l'intensité devient trop grande, les fils chauffent trop et peuvent provoquer un incendie : c'est pourquoi les installations sont protégées par des fusibles et des disjoncteurs qui coupent le courant quand il est trop fort.
Avant la théorie, voyons à quoi sert une résistance. Une résistance, c'est un composant qui freine le courant électrique, et on en trouve partout. Dans un radiateur électrique, un grille-pain ou une bouilloire, une résistance chauffe volontairement pour produire de la chaleur : plus le courant la traverse, plus elle chauffe, c'est l'effet Joule.
Dans une multiprise ou le tableau électrique de ta maison, des fusibles et des disjoncteurs surveillent le courant : si l'intensité devient trop forte, ils coupent tout pour éviter que les fils chauffent et prennent feu. Enfin, dans le moindre appareil électronique, un téléphone, une télécommande, une carte de jeu vidéo, des dizaines de petites résistances règlent précisément le courant pour protéger les composants fragiles, comme les LED. Dans ce chapitre, tu vas apprendre à mesurer une résistance, à tracer sa caractéristique, et surtout à utiliser la loi d'Ohm, une formule que tu retrouveras jusqu'au lycée.
Commençons par le début : qu'est-ce qu'une résistance ? C'est un dipôle, c'est-à-dire un composant à deux bornes, qui s'oppose au passage du courant électrique. On note sa valeur avec la lettre R, et on la mesure en ohms, dont le symbole est la lettre grecque oméga, qui ressemble à un fer à cheval.
Retiens l'idée importante : plus la valeur R est grande, plus le dipôle freine le courant. Imagine un tuyau d'eau : une résistance, c'est comme un endroit où le tuyau se rétrécit. Conséquence directe dans un circuit : si tu augmentes la résistance, l'intensité du courant, mesurée en ampères, diminue.
Et si au contraire tu diminues la résistance, l'intensité augmente. La résistance et l'intensité varient donc en sens contraire.
Voici la formule reine du chapitre : la loi d'Ohm. Pour une résistance, la tension à ses bornes, notée U et mesurée en volts, est égale à la valeur de la résistance R, en ohms, multipliée par l'intensité du courant I, en ampères. Ça s'écrit U égale R fois I.
C'est une formule que tu utiliseras encore au lycée. Un point de vigilance absolument essentiel : les unités. Pour que la loi d'Ohm marche, l'intensité I doit être exprimée en ampères, pas en milliampères.
Si l'énoncé te donne une intensité en milliampères, il faut d'abord la convertir en ampères en divisant par mille. Par exemple, une résistance de 100 ohms traversée par un courant de 0,2 ampère a une tension à ses bornes de 100 fois 0,2, soit 20 volts.
Pour étudier un dipôle, on trace sa caractéristique. C'est un graphique où l'on porte la tension U sur l'axe vertical, en fonction de l'intensité I sur l'axe horizontal. Pour cela, on fait varier le courant et, à chaque fois, on note la tension.
Puis on place les points. Pour une résistance, c'est-à-dire un dipôle ohmique, tous les points sont alignés : on obtient une droite qui passe par l'origine du repère. Cela signifie que U et I sont proportionnels : si l'intensité double, la tension double aussi.
Et voici un joli résultat : la pente de cette droite, c'est-à-dire son inclinaison, est exactement égale à la valeur R de la résistance. Plus la droite monte vite, plus la résistance est grande. Retiens bien : pour une résistance, la caractéristique est une droite passant par l'origine.
La loi d'Ohm, U égale R fois I, permet de calculer les deux autres grandeurs. Si tu connais la tension U et l'intensité I, tu retrouves la résistance en divisant : R égale U divisé par I. Si tu connais la tension U et la résistance R, tu retrouves l'intensité : I égale U divisé par R.
Un moyen mnémotechnique : place U en haut d'un triangle, R et I en bas ; tu caches la grandeur que tu cherches et tu lis la formule. Terminons par la sécurité. Quand un courant traverse une résistance, elle chauffe : c'est l'effet Joule.
C'est voulu dans un radiateur ou un grille-pain. Mais si l'intensité devient trop forte, les fils chauffent trop et un incendie peut se déclarer. C'est pour ça qu'on protège les circuits avec des fusibles et des disjoncteurs, qui coupent automatiquement le courant quand il est trop grand.
12 des 31 questions de ce chapitre. Les réponses, et les explications de chacune, sont dans l'application.