TP 22 Le conducteur ohmique Le conducteur ohmique  

R

TP 22 Le conducteur ohmique Le conducteur ohmique  

Objectif de la séance :

- Représenter et exploiter la caractéristique d’un dipôle.

Georg Simon Ohm (1789 - 1854)

Ce qui est actuellement connu sous le nom de loi d'Ohm est apparu dans le livre Die galvanische Kette, mathematisch bearbeitet (Le circuit galvanique étudié mathématiquement) (1827) dans lequel le physicien allemand Georg Simon Ohm (ci- contre) fournit une théorie complète de l'électricité.

La loi d'Ohm est une loi en électricité qui lie l'intensité du courant électrique traversant un dipôle électrique à la tension entre ses bornes et permet de déterminer la valeur de sa résistance. Elle a été ainsi nommée en référence à Georg Simon Ohm et s'énonce ainsi :

« la différence de potentiel ou tension U (en volts) aux bornes d'un résistor de résistance R (en ohms) est proportionnelle à l'intensité du courant électrique I (en ampères) qui le traverse », ou « la résistance R d'un dipôle est égale au quotient de la tension U (entre ses bornes) par l'intensité I du courant qui le traverse ».

DOCUMENTS MIS A DISPOSITION : DOC. 1

DOC. 1 :: Le multimètre

Le multimètre (parfois appelé contrôleur universel) permet de mesurer plusieurs grandeurs électriques, parmi lesquelles :

- L’intensité (fonction ampèremètre) du courant circulant dans un circuit électrique. Elle se note I et s’exprime en « ampères » (symbole : A) ;

- La tension (fonction voltmètre) aux bornes d’un dipôle électrique dans un circuit électrique. Elle se note U et s’exprime en « volts » (symbole : V) ; - La résistance électrique (fonction ohmmètre) d’un dipôle électrique ;

- La fréquence (fonction fréquencemètre) de la tension délivrée par un générateur de tension variable.

Le choix du type de mesure (fonction de l'instrument), du calibre (échelle de mesure) se fait à l'aide d'un commutateur rotatif (curseur ou sélecteur) situé au centre de l’appareil.

1. La résistance électrique

En électricité, la résistance électrique traduit la propriété d'un composant à s'opposer au passage d'un courant électrique sous une tension électrique donnée. Elle est souvent désignée par la lettre R et son unité de mesure est l'ohm (symbole : Ω).

En anglais, resistor ou l'anglicisme résistor⁽¹⁾ sont parfois employés. Par abus de langage le dipôle s'est donc fait appeler lui aussi « résistance » par la pratique.

Symbole normalisé d’une résistance : Tension aux bornes d’une résistance :

1 Le terme de résistor avait été introduit un certain temps dans les programmes de l'Éducation nationale française, il en a été retiré par la suite.

R

A I B

UAB

A

B P

N

mA

A

I

E +

I

R

I

 Un conducteur ohmique est un dipôle (électrique) qui vérifie la loi d'Ohm mais, en toute rigueur, aucun dipôle ne respecte rigoureusement la loi d’Ohm. En particulier pour de fortes variations de U ou de I.

 Le conducteur ohmique est un modèle permettant de décrire les dipôles réels dans des conditions

fixées.

2. Mesure de résistance

On dispose de trois résistances notées R1, R2, R3.

Mesurer la valeur de chacune des résistances à l’ohmmètre, sachant que R1 < R2 < R3 :

R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω)

2.1. Effet joule (expérience professeur) Protocole expérimental :

 Réaliser le montage suivant :

 Placer l’extrémité de la sonde de température au contact du conducteur ohmique.

 Faire varier l’intensité délivrée par le générateur afin de faire une série de mesures de I et de la température à proximité de la résistance.

Que retenir de cette expérience ? Citer quelques applications du phénomène observé.

Sonde de température

A

B P

N

I

I

E R +

2.2. Caractéristique tension–courant d’une résistance

La caractéristique d’un dipôle est la courbe représentant l’évolution de l’intensité I traversant ce dipôle en fonction de la tension à ses bornes : I = f(U).

Protocole expérimental :

[Fiche réponse] Reproduire le schéma normalisé ci-dessous en rajoutant : - La flèche de la tension UAB ;

- la position de l’ampèremètre permettant de mesurer l’intensité I (préciser les bornes mA et COM) ; - la position du voltmètre permettant de mesurer UAB (préciser les bornes V et COM).

 Réaliser le circuit électrique correspondant au montage ci-dessus avec R = 470 Ω, l’ampèremètre et le voltmètre ;

 Appeler d’abord le professeur pour vérification PUIS allumer le générateur, régler la tension du générateur à environ UPN = 0 V.

 Mettre le voltmètre et l’ampèremètre en marche.

 Faire varier la tension délivrée par le générateur de 0V à 10V afin de faire une série de mesures de I et UAB. Compléter le tableau ci-dessous.

Tableau des mesures :

U (V) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I (mA)

ATTENDRE AVANT D’ALLUMER LE GÉNÉRATEUR

Question s

E +

A

B P

N

I

I

R

Q1. À l’aide d’un tableur-grapheur (Excel ou Latis Pro), représenter la courbe UQ1. AB = f(I). En déduire, après modélisation, la relation qui lie UAB et I, appelée « loi d’Ohm ».

Q2. [Fiche réponse] Que représente le coefficient de proportionnalité entre U et I ? Donner alors l’expressionQ2.

littérale de la loi d’Ohm.

3. Conclusion

Quelle est la loi de l’électricité énoncée dans cette activité ? En donner une définition.

F ^{ICHE RÉPONSE}

Caractéristique tension–courant d’une résistance Caractéristique tension–courant d’une résistance

………. (Loi d’Ohm)

CORRECTION CORRECTION

1. La résistance électrique

R1 (Ω) R2 (Ω) R3 (Ω)

100 470 2200

Effet Joule :

La puissance électrique P reçue par un conducteur ohmique est convertie intégralement sous forme thermique et rayonnante : c’est l’effet Joule.

L'effet Joule a des conséquences négatives (pertes énergétiques, échauffement, voire détérioration de composants…) mais peut aussi être mis à profit pour le fonctionnement de dispositifs de chauffage, de disjoncteurs thermiques, de fusibles, etc.

2. Caractéristique tension–courant d’une résistance Tableau des mesures :

U (V) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

I (mA) 0

Courbe UAB = f(I) :

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 0.07 0.08 0.09 0

1 2 3 4 5 6 7 8

Caractéristique du dipôle R

Réponses aux questions :

Q1. Relation à déduire : UQ1. AB = k  I (k = coefficient directeur de la droite).

Q2. Le coefficient « k » représente la résistance du dipôle ohmique :Q2.

UAB = R  I (Loi d’Ohm) 3. Conclusion

La loi d’Ohm s’énonce ainsi :

« La tension U (en V) aux bornes d'un résistor de résistance R (en ohms) est proportionnelle à l'intensité du courant électrique I (en A) qui la traverse »

FICHE TP n°22 – Le conducteur ohmique

THÈME DOMAINE

ONDES ET SIGNAUX Signaux et capteurs

Type d’activité : activité expérimentale Conditions de mise en œuvre : 1,5 h.

Pré-requis :

- Utilisation du multimètre (voltmètre et ampèremètre) ; - Tension aux bornes d’un dipôle électrique ;

- Intensité aux bornes d’un dipôle électrique ; - Utilisation d’un tableur-grapheur.

NOTIONS ET CONTENUS CAPACITÉS EXIGIBLES

Caractéristique tension-courant d’un dipôle.

Résistance et systèmes à comportement de type ohmique.

Loi d’Ohm.

Exploiter la caractéristique d’un dipôle électrique : point de fonctionnement, modélisation par une relation U = f(I) ou I = g(U).

Utiliser la loi d’Ohm.

Représenter et exploiter la caractéristique d’un dipôle.

Compétences transversales : - Travailler en équipe.

Matériel (par table) : - 1 platine

- 1 résistance (R1 = 100 Ω) - 1 résistance (R2 = 470 Ω) - 1 résistance (R = 2,2 kΩ)

- 1 alimentation stabilisée (générateur de tension continue réglable)

- Fils de connexion - 2 multimètres

- 1 ordinateur avec tableur-grapheur

Matériel (Bureau professeur) : - 1 platine

- 1 résistance (R = 100 Ω)

- 1 alimentation stabilisée (générateur de tension continue réglable)

- Fils de connexion

- 1 thermomètre électronique - 1 ampèremètre