Pourquoi une lampe branchée avec un fil de cuivre s’allume-t-elle normalement, alors qu’elle reste faible si on intercale un composant résistif dans le circuit ? Cette leçon étudie le conducteur ohmique et la relation, appelée loi d’Ohm, qui relie la tension à ses bornes à l’intensité du courant qui le traverse.
I. Le conducteur ohmique
Un conducteur ohmique (ou résistor) est un dipôle non polarisé qui s’oppose plus ou moins au passage du courant électrique. Introduire un conducteur ohmique dans un circuit en série diminue l’intensité du courant qui circule.
II. La résistance électrique
Chaque conducteur ohmique est caractérisé par une grandeur appelée résistance, notée R, qui mesure son opposition au passage du courant. Son unité est l’ohm, de symbole Ω (on utilise aussi le kilohm, 1 kΩ = 1000 Ω, et le mégohm, 1 MΩ = 1 000 000 Ω pour les grandes valeurs).
La résistance d’un conducteur ohmique se mesure directement avec un ohmmètre, ou se détermine à partir du code des couleurs imprimé sur le composant.
III. La loi d’Ohm
La loi d’Ohm énonce que la tension U aux bornes d’un conducteur ohmique est égale au produit de sa résistance R par l’intensité I du courant qui le traverse :
U = R × I
Avec : U la tension (en volt, V), R la résistance (en ohm, Ω), I l’intensité (en ampère, A). On dit qu’1 Ω = 1 V / 1 A. Cette relation peut aussi s’écrire sous deux autres formes, selon la grandeur recherchée : R = U / I et I = U / R.
IV. Caractéristique graphique
Si on trace la tension U en fonction de l’intensité I pour un conducteur ohmique donné, on obtient une droite passant par l’origine : U et I sont directement proportionnelles. Le coefficient directeur de cette droite est égal à la résistance R du conducteur ohmique (R = ΔU / ΔI).
V. Vérification expérimentale
Pour vérifier la loi d’Ohm, on monte un conducteur ohmique dans un circuit avec : un ampèremètre en série (pour mesurer l’intensité I qui le traverse) et un voltmètre en parallèle à ses bornes (pour mesurer la tension U). En faisant varier la tension d’alimentation et en relevant plusieurs couples de valeurs (U, I), on vérifie que leur quotient U/I reste constant : c’est la valeur de la résistance R.
VI. Synthèse
| Grandeur | Symbole | Unité SI | Appareil de mesure |
|---|---|---|---|
| Tension | U | volt (V) | Voltmètre (parallèle) |
| Intensité | I | ampère (A) | Ampèremètre (série) |
| Résistance | R | ohm (Ω) | Ohmmètre |
Exercice d’application
1. Qu’appelle-t-on un conducteur ohmique ? Énoncer la loi d’Ohm.
2. Écrire les trois formes de la relation entre U, R et I.
3. Un conducteur ohmique de résistance R = 50 Ω est traversé par un courant d’intensité I = 0,2 A. Calculer la tension U à ses bornes.
4. Aux bornes d’un conducteur ohmique, on mesure U = 12 V pour une intensité I = 0,3 A. Calculer sa résistance R.
5. Comment branche-t-on l’ampèremètre et le voltmètre pour vérifier la loi d’Ohm sur un conducteur ohmique ?
Corrigés
1. Un conducteur ohmique (résistor) est un dipôle non polarisé caractérisé par sa résistance R. La loi d’Ohm énonce que la tension à ses bornes est égale au produit de sa résistance par l’intensité qui le traverse : U = R × I.
2. U = R × I ; R = U / I ; I = U / R.
3. U = R × I = 50 × 0,2 = 10 V.
4. R = U / I = 12 / 0,3 = 40 Ω.
5. L’ampèremètre se branche en série dans le circuit (pour mesurer l’intensité qui traverse le conducteur ohmique) ; le voltmètre se branche en parallèle (en dérivation) aux bornes du conducteur ohmique (pour mesurer la tension à ses bornes).
