La résistance électrique
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Introduction :
Chaque dipôle d’un circuit électrique présente une tension entre ses bornes et est traversé par une intensité. L’intensité $I$ qui traverse un circuit électrique en série est partout la même et correspond à une quantité de charges électriques par unité de temps.
Si l’intensité est trop conséquente il faut intégrer un dipôle pour contenir cette surcharge électrique. C’est le rôle de la résistance.
Dans un premier temps nous étudierons la polysémie du mot « résistance ». Dans un deuxième temps nous étudierons la loi d’Ohm et ses applications. Enfin, nous définirons l’effet Joule qui est une conséquence de la résistance.
Un dipôle et une propriété
Un dipôle et une propriété
La résistance en tant que dipôle
La résistance en tant que dipôle
Dans un circuit électrique on utilise souvent une résistance.
Définition
Résistance (dipôle) :
La résistance est un dipôle qui joue un rôle de protection sur les autres dipôles d’un circuit qui ne résistent pas à un surplus d’intensité. Plus la valeur d’une résistance est élevée, plus l’intensité du courant est faible.
La résistance n’est pas polarisé. Le sens de branchement n’a donc pas d’importance.
Les résistances sont souvent utilisées en présence de dipôles tels que les DEL qui ne supportent que de faibles intensités.
Les résistances sont conçues à partir de matériaux dont les propriétés de résistance électrique sont reconnues.
La résistance en tant que propriété
La résistance en tant que propriété
Les métaux en tant que matière ont des propriétés qui leur sont propres, c’est le cas de la résistance électrique.
Définition
Résistance électrique :
La résistance électrique traduit la propriété d’un matériau à réguler le courant électrique. La résistance a comme symbole la lettre $R$, et on l’exprime en ohm ($\Omega$).
On mesure la résistance à l’aide d’un ohmmètre.
Pour mesurer la résistance d’un dipôle avec un ohmmètre, il faut le brancher directement aux bornes du composant, après l’avoir débranché du reste du circuit.
On peut par ailleurs calculer la résistance d’un dipôle grâce à l’intensité qui le parcourt et la tension à ses bornes. Pour effectuer ce calcul, on applique la loi d’Ohm.
Loi d’Ohm
Loi d’Ohm
La loi d’Ohm établit la relation entre trois grandeurs : la tension, la résistance et l’intensité.
À retenir
$U=R\times I$
- avec $U$ la tension aux bornes du dipôle, en volts ($\text{V}$) ;
- $R$ sa résistance en ohms ($\Omega$) ;
- et $I$ l’intensité qui le traverse en ampères ($\text{A}$).
On peut bien sûr retrouver chaque valeur en manipulant la formule :
ainsi, $R=\dfrac{U}{I}$ et $I=\dfrac{U}{R}$
Cette formule clarifie le rôle d’une résistance dans un circuit : elle peut modifier la tension ou l’intensité qui traverse une branche donnée.
Exemple
Dans un circuit, on monte en série : un générateur variable, une résistance de $5000\ \Omega$ et un ampèremètre. On branche un voltmètre en dérivation aux bornes de la résistance.
On fait varier la tension du générateur à $0\ \text{V}$, $1\ \text{V}$, $2\ \text{V}$, $3\ \text{V}$ et $4\ \text{V}$. On relève la tension aux bornes de la résistance et l’intensité du circuit. À l’aide des valeurs obtenues, on trace le graphique suivant :
On constate que la tension est proportionnelle à l’intensité.
L’énergie électrique absorbée par la résistance d’un matériau n’est pas perdue, elle est transformée en énergie thermique par effet Joule.
Effet Joule
Effet Joule
Définition
Effet Joule :
L’effet Joule est la chaleur produite à partir de l’énergie électrique lorsque le courant passe dans un conducteur présentant une résistance.
Étudions le fonctionnement d’un radiateur électrique. Il comprend une résistance qui permet la transformation d’énergie. La résistance du radiateur reçoit l’énergie électrique mais elle n’en restitue que très peu voire plus du tout. L’énergie électrique est en quelque sorte bloquée, on assiste à un phénomène de frottement qui permet la transformation d’énergie électrique en énergie thermique : c’est l’effet Joule.
À retenir
Plus la valeur d’une résistance est grande, plus la chaleur par effet Joule produite est importante.
Conclusion :
On doit distinguer la propriété appelée résistance, et le dipôle du même nom.
La résistance en tant que dipôle permet de contrôler la tension et l’intensité d’un circuit.
La résistance en tant que propriété est une caractéristique des matériaux.
La résistance se mesure à l’aide d’un ohmmètre, que l’on branche lorsque le circuit ne fonctionne pas.
On peut aussi calculer la résistance dans un circuit à l’aide de la tension et de l’intensité : c’est la loi d’Ohm.
Une conséquence inévitable de la résistance est l’effet Joule. Cet effet est comparable aux frottements mécaniques qui provoquent de la chaleur.