Conducteurs ohmiques - Physique-Chimie Seconde
Introduction
Découvrez les propriétés des conducteurs ohmiques et la loi d'Ohm
Définition des conducteurs ohmiques
Qu'est-ce qu'un conducteur ohmique ?
Un conducteur ohmique est un dipôle électrique dont la caractéristique U=f(I) est une droite passant par l'origine.
Il obéit strictement à la loi d'Ohm : U = R × I, où R est une constante appelée résistance.
- La tension U est proportionnelle à l'intensité I
- Le coefficient de proportionnalité est la résistance R
- La résistance est constante quelle que soit la tension appliquée
- La caractéristique U=f(I) est une droite passant par l'origine
La loi d'Ohm
Relation fondamentale
La loi d'Ohm établit la relation entre la tension U, l'intensité I et la résistance R dans un conducteur ohmique :
- R = U / I (Calcul de la résistance)
- I = U / R (Calcul de l'intensité)
Caractéristique U=f(I)
Représentation graphique
La caractéristique d'un conducteur ohmique est une droite passant par l'origine.
L'équation de cette droite est U = R × I, donc c'est une fonction linéaire.
La pente de la droite représente la résistance R.
Plus la résistance est élevée, plus la droite est inclinée.
Exemples de conducteurs ohmiques
Applications concrètes
Les résistances électriques sont des composants conçus pour avoir un comportement ohmique.
Elles sont utilisées pour limiter le courant dans les circuits.
Les fils métalliques (cuivre, aluminium) se comportent comme des conducteurs ohmiques dans certaines conditions.
Leur résistance dépend de leur longueur, section et matériau.
Les résistances chauffantes dans les appareils électroménagers (plaques, bouilloires) obéissent à la loi d'Ohm.
Elles convertissent l'énergie électrique en chaleur.
Comportements non-ohmiques
Conducteurs non-ohmiques
Les diodes ne respectent pas la loi d'Ohm car leur caractéristique U=f(I) n'est pas une droite.
Elles ont un comportement non linéaire : elles conduisent dans un sens mais pas dans l'autre.
À froid, la résistance est faible, mais elle augmente avec la température.
La caractéristique n'est pas linéaire, donc non-ohmique.
Les transistors ont des caractéristiques très complexes et non linéaires.
Ils sont utilisés dans les circuits électroniques pour amplifier ou commuter des signaux.
Exercice simple
Application numérique
Une résistance de 10 Ω est traversée par un courant de 2 A. Quelle est la tension à ses bornes ?
- R = 10 Ω
- I = 2 A
- U = ? (à calculer)
2 U = 10 × 2 = 20 V
3 La tension est donc de 20 volts.
Exercice avec caractéristique
Analyse graphique
La caractéristique U=f(I) d'un conducteur ohmique passe par les points (0, 0) et (2 A, 12 V). Déterminer la résistance du conducteur.
2 On prend un point de la droite : I = 2 A et U = 12 V
3 R = 12/2 = 6 Ω
4 On vérifie avec un autre point si possible
Influence de la température
Effet thermique
La résistance d'un conducteur varie avec la température selon la relation :
Où :
- R₀ est la résistance à la température de référence (généralement 20°C)
- α est le coefficient thermique de résistance
- ΔT est la variation de température (T - T₀)
- 1 Pour un conducteur parfaitement ohmique, la température doit être constante
- 2 Avec chauffage, la résistance augmente (pour la plupart des métaux)
- 3 Donc, pour U constant, I diminue avec la température
Applications quotidiennes
Dans la vie quotidienne
Les plaques de cuisson, les bouilloires et les radiateurs utilisent des résistances qui obéissent à la loi d'Ohm.
Plus la résistance est faible, plus l'intensité est forte et plus la chaleur produite est importante.
- 1 Les lampes à incandescence contiennent une résistance (filament)
- 2 Les LED nécessitent des résistances pour limiter le courant
- 3 Les variateurs d'intensité modifient la résistance
Les résistances sont des composants essentiels dans tous les circuits électroniques.
Elles servent à limiter le courant, diviser les tensions et protéger les composants.
Exercice complexe
Problème complet
Un circuit électrique comprend une pile de 12 V et deux conducteurs ohmiques R₁ et R₂ connectés en série. La tension aux bornes de R₁ est de 4 V et l'intensité du courant dans le circuit est de 0.2 A. Calculer :
1. La valeur de la résistance R₁
2. La valeur de la résistance R₂
3. Vérifier que la somme des tensions aux bornes de chaque résistance est égale à la tension totale
Solution de l'exercice
Correction détaillée
U₁ = 4 V, I = 0.2 A, R₁ = ?
2 R₁ = 4/0.2 = 20 Ω
2 12 = 4 + U₂, donc U₂ = 8 V
2 Cela correspond bien à la tension totale de 12 V.
Mesure de la résistance
Méthodes de mesure
L'ohmmètre permet de mesurer directement la résistance d'un composant.
Le composant doit être déconnecté du circuit pour éviter des lectures erronées.
On mesure la tension U aux bornes du dipôle et l'intensité I qui le traverse.
Ensuite, on calcule R = U/I
Cette méthode est utile quand le composant est intégré dans un circuit.
Loi d'Ohm en régime alternatif
Courant alternatif
En régime alternatif sinusoïdal, on utilise la tension efficace U_eff et l'intensité efficace I_eff.
La loi d'Ohm s'applique toujours : U_eff = R × I_eff
Pour des composants plus complexes (bobines, condensateurs), on utilise l'impédance Z au lieu de la résistance R.
La résistance est un cas particulier de l'impédance pour les composants purement résistifs.
Erreurs fréquentes à éviter
Pièges à éviter
Ne pas confondre la tension U (mesurée en volts) et l'intensité I (mesurée en ampères).
U est la cause, I est l'effet dans la loi d'Ohm.
- 1 La loi d'Ohm ne s'applique qu'aux conducteurs ohmiques
- 2 Vérifier que la température est constante pour les mesures précises
- 3 Ne pas l'appliquer aux composants non-ohmiques
Toujours utiliser les unités du Système International (V, A, Ω) et convertir correctement : 1 kΩ = 1000 Ω, 1 mA = 0.001 A.
Résumé
Points clés
- Caractéristique U=f(I) est une droite passant par l'origine
- Obéit strictement à la loi d'Ohm : U = R × I
- Résistance constante quelle que soit la tension
- U = R × I (tension = résistance × intensité)
- R = U/I (résistance = tension/intensité)
- I = U/R (intensité = tension/résistance)
- Résistances électriques
- Fils métalliques
- Résistances chauffantes
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences en électricité