Conducteurs ohmiques et loi d'Ohm en physique-chimie Seconde
Introduction aux conducteurs ohmiques
Découvrez les fondements de l'électricité en physique-chimie
Définition des conducteurs ohmiques
Qu'est-ce qu'un conducteur ohmique ?
Un conducteur ohmique est un dipôle électrique qui obéit à la loi d'Ohm.
Il est caractérisé par une résistance électrique constante, notée R, exprimée en ohms (Ω).
La loi d'Ohm
La célèbre formule
La loi d'Ohm établit la relation entre la tension U aux bornes d'un conducteur ohmique, l'intensité I du courant qui le traverse et sa résistance R :
2 R est la résistance du conducteur (en ohms, Ω)
3 I est l'intensité du courant (en ampères, A)
Unités et grandeurs physiques
Les unités de mesure
2 Résistance (R) : mesurée en ohms (Ω)
3 Intensité (I) : mesurée en ampères (A)
2 Méga (M) = 1 000 000 fois plus grand (1 MΩ = 1 000 000 Ω)
3 Milli (m) = 1000 fois plus petit (1 mA = 0,001 A)
4 Micro (μ) = 1 000 000 fois plus petit (1 μA = 0,000001 A)
Formules dérivées de la loi d'Ohm
Manipulation de la formule
À partir de U = R × I, on peut déduire :
- 1 Utilise U = R × I pour calculer la tension
- 2 Utilise I = U/R pour calculer l'intensité
- 3 Utilise R = U/I pour calculer la résistance
Caractéristique d'un conducteur ohmique
La caractéristique U = f(I)
La caractéristique d'un conducteur ohmique est la représentation graphique de la tension U en fonction de l'intensité I.
Selon la loi d'Ohm U = R×I, cette courbe est une droite passant par l'origine.
La pente de la droite correspond à la résistance R du conducteur ohmique.
Plus la pente est forte, plus la résistance est élevée.
Exemple de calcul
Application numérique
Un conducteur ohmique de résistance R = 47 Ω est traversé par un courant d'intensité I = 0,2 A. Calculer la tension U à ses bornes.
2 On utilise la loi d'Ohm : U = R × I
3 On remplace les valeurs : U = 47 × 0,2
4 On effectue le calcul : U = 9,4 V
La tension aux bornes du conducteur ohmique est de 9,4 volts.
Autre exemple de calcul
Calcul de la résistance
Un conducteur ohmique est soumis à une tension U = 12 V. L'intensité du courant qui le traverse est I = 0,3 A. Calculer la résistance R de ce conducteur.
2 On utilise la formule dérivée : R = U/I
3 On remplace les valeurs : R = 12/0,3
4 On effectue le calcul : R = 40 Ω
La résistance du conducteur ohmique est de 40 ohms.
Conducteurs ohmiques en série
Association de résistances
Lorsque plusieurs conducteurs ohmiques sont montés en série, ils sont traversés par le même courant.
La résistance équivalente est égale à la somme des résistances individuelles :
Soient deux résistances en série : R₁ = 10 Ω et R₂ = 20 Ω
Conducteurs ohmiques en dérivation
Montage en parallèle
Lorsque plusieurs conducteurs ohmiques sont montés en dérivation, ils sont soumis à la même tension.
La résistance équivalente est donnée par :
Soient deux résistances en dérivation : R₁ = 10 Ω et R₂ = 20 Ω
Applications concrètes des conducteurs ohmiques
Usages dans la vie quotidienne
- 1 Chauffages électriques (radiateurs, plaques de cuisson)
- 2 Lamps à incandescence
- 3 Fer à repasser
- 4 Grille-pain
- 1 Résistances dans les circuits imprimés
- 2 Diviseurs de tension
- 3 Limitation du courant dans les LED
- 4 Protection des composants sensibles
Sécurité électrique et conducteurs ohmiques
Précautions à prendre
Les conducteurs ohmiques peuvent dissiper de l'énergie sous forme de chaleur selon la loi de Joule : P = R × I²
Un courant trop élevé peut entraîner un échauffement dangereux.
- 1 Utiliser des fusibles ou disjoncteurs
- 2 Respecter les intensités maximales admissibles
- 3 Ne jamais manipuler des circuits sous tension
- 4 Utiliser des outils isolés
Expérience simple à réaliser
Mesure de la caractéristique d'un conducteur ohmique
- 1 Un générateur de tension variable
- 2 Un conducteur ohmique (résistance connue)
- 3 Un voltmètre
- 4 Un ampèremètre
- 5 Des fils de connexion
- 1 Monter le circuit avec le générateur, la résistance, l'ampèremètre en série et le voltmètre en dérivation
- 2 Relever la tension U et l'intensité I pour différentes valeurs de tension
- 3 Tracer la courbe U = f(I)
- 4 Vérifier que la courbe est une droite passant par l'origine
Erreurs fréquentes à éviter
Pièges à éviter
- 1 Ne pas dire "il passe un courant de 12 V" mais "la tension est de 12 V"
- 2 Ne pas dire "il y a un courant de 2 Ω" mais "la résistance est de 2 Ω"
- 3 Le courant s'exprime en ampères (A), la tension en volts (V), la résistance en ohms (Ω)
- 1 Ne pas oublier de convertir les unités avant de faire les calculs
- 2 Faire attention à l'ordre des opérations dans les calculs complexes
- 3 Toujours vérifier l'homogénéité des unités
Exercice d'application
Problème complet
Un circuit électrique comprend un générateur de tension continue de 9 V et une résistance R = 30 Ω.
1. Calculer l'intensité du courant dans le circuit.
2. Si on ajoute une deuxième résistance R₂ = 60 Ω en série avec la première, quelle est la nouvelle intensité du courant ?
3. Si on place la deuxième résistance R₂ = 60 Ω en dérivation avec la première, quelle est la nouvelle intensité délivrée par le générateur ?
Solution de l'exercice
Correction détaillée
On applique la loi d'Ohm : U = R × I donc I = U/R
I = 9 / 30 = 0,3 A
L'intensité du courant est de 0,3 ampère.
En série : R_total = R₁ + R₂ = 30 + 60 = 90 Ω
Nouvelle intensité : I = U/R_total = 9/90 = 0,1 A
La nouvelle intensité est de 0,1 ampère.
En dérivation : 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ = 1/30 + 1/60 = 2/60 + 1/60 = 3/60 = 1/20
Donc R_total = 20 Ω
Nouvelle intensité : I = U/R_total = 9/20 = 0,45 A
L'intensité délivrée par le générateur est de 0,45 ampère.
Résumé détaillé
Points clés à retenir
- Composant qui obéit à la loi d'Ohm
- Caractérisé par une résistance constante R (en Ω)
- Caractéristique U=f(I) est une droite passant par l'origine
- U = R × I
- U : tension en volts (V)
- R : résistance en ohms (Ω)
- I : intensité en ampères (A)
- Série : R_total = R₁ + R₂ + ...
- Dérivation : 1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + ...
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences