La loi d'Ohm et la résistance au courant électrique
Introduction :
Nous avons vu jusqu’à présent que les deux grandeurs majeures de l’électricité sont la tension et l’intensité. Cependant, une grandeur extrêmement importante doit être prise en compte pour l’étude de tout système ou circuit électrique : la résistance.
Ce cours introduit dans un premier temps, la notion de résistance avant de faire le lien entre la résistance, la tension et l’intensité à travers la loi d’Ohm. Cette dernière sera aussi traitée graphiquement à l’aide de la caractéristique des dipôles, notion introduite dans le cours précédent. Finalement, ce cours présentera les capteurs, un dispositif très utilisé dans notre quotidien et fera le lien entre résistance et grandeur d’intérêt d’un capteur.
La loi d’Ohm
La loi d’Ohm
Rappel
La résistance est la capacité ou l’aptitude qu’a un matériau à s’opposer au courant électrique, c’est-à-dire de diminuer le débit des électrons. Elle se note $\text{R}$ et s’exprime en ohm ($\Omega$). Plus la résistance d’un matériau est élevée, plus le courant qui le traverse sera moindre.
Il existe même un composant électrique nommé résistance qui est utilisé uniquement dans le but de réguler le courant et de protéger certains composants du circuit, qui ne peuvent supporter une intensité de courant trop élevée.
Définition
Résistance électrique :
La résistance électrique, mesurée en ohm ($\Omega$), est la grandeur physique qui se calcule par le rapport de la tension, en volt ($\text{V}$), sur l’intensité du courant, en ampère ($\text{A}$). C’est la loi d’Ohm : $$\text{R}= \dfrac{U}{I}$$
ou
$$U= \text{R}\times{I}$$
- Tout dipôle qui suit la loi d’Ohm, a un comportement de type Ohmique.
Caractéristique tension-courant d’un dipôle
Caractéristique tension-courant d’un dipôle
La loi d’Ohm peut être déduite de la caractéristique tension-courant d’une résistance ou de tout dipôle ayant un comportement Ohmique.
Soit le circuit suivant :
On fait varier la tension fournie par le générateur et on note à chaque tension, l’intensité relevée par l’ampèremètre.
Rappel
L’ampèremètre se branche en série et le voltmètre se branche en dérivation.
On trace ainsi la caractéristique de la résistance, c’est-à-dire la fonction $U=f(I)$ :
La caractéristique obtenue est alors une droite passant par $0$. Ainsi, la tension et l’intensité sont proportionnelles.
$U =$ constante$\times{I}$ et plus précisément $U=\text{R}\times{I}$
- C’est la loi d’Ohm.
Exemple
- Soit la courbe $U=f(I)$ d’un dipôle :
- Ce dipôle possède-t-il un comportement ohmique ?
Oui ce dipôle possède un comportement Ohmique puisque la courbe $U=f(I)$ est une droite qui passe par zéro.
- Déterminer graphiquement la résistance de ce dipôle.
On note que le point de coordonnées (8 ;4) appartient à la droite. D’après la loi d’Ohm : $U=\text{R}\times{I}$ donc $$\text{R}=\dfrac{U}{I}=\dfrac{4}{8}=0,5\ \Omega$$
Les capteurs électriques
Les capteurs électriques
Définition
Capteur :
Un capteur est un dispositif capable de transformer une grandeur physique d’intérêt (telle que la température, la pression, la force, l’humidité, etc.) en un signal électrique facilement exploitable par l’utilisateur ou par une machine.
Définition
Microcontrôleur :
Un microcontrôleur traite les informations provenant du capteur et déclenche ensuite des actions. En couplant un capteur avec un microcontrôleur, les informations relevées par le capteur peuvent se transformer en action.
Les couples capteur/microcontrôleur sont utilisés de façon abondante dans notre quotidien.
Exemple
En effet, lorsqu’une lumière s’allume quand une personne entre dans la pièce, c’est qu’un couple capteur de mouvement/microcontrôleur est installé, lorsque le chauffage s’éteint quand la température cible est atteinte, c’est qu’un couple capteur de température/microcontrôleur est installé, lorsque le réfrigérateur sonne si la porte est ouverte c’est qu’un couple capteur de pression/microcontrôleur est installé etc.
Pour utiliser correctement un capteur, il est primordial de savoir faire le lien entre le signal qu’il renvoie et la grandeur physique qu’il capte. Pour cela, on procède à l’étalonnage du capteur.
À retenir
La courbe d’étalonnage est la courbe qui relie la grandeur d’intérêt au signal électrique produit par le capteur. Elle permet de traduire le signal électrique en grandeur d’intérêt (par exemple en température).
Exemple
Pour mesurer la température de la pièce, on utilise un capteur électrique résistif. Ce dernier voit sa résistance varier en fonction de la température.
Préalablement à l’utilisation de ce capteur, il faut effectuer son étalonnage. Pour cela, on mesure la résistance pour chaque température et on trace la courbe de la variation de la résistance (en $\Omega$) en fonction de la température (en $\degree \text{C}$).
Grace à cette courbe, il sera possible de déterminer la température de la pièce. Par exemple, le capteur affiche une résistance de $100\ \Omega$, en se référant à la courbe d’étalonnage, on peut déduire que la pièce est à une température de $30\ \degree \text{C}$.
Conclusion :
La résistance est la capacité d’un matériau ou d’un composant électrique à réduire le débit des électrons, c’est-à-dire à réduire l’intensité du courant. La loi d’Ohm décrit la relation entre la résistance, l’intensité et la tension tel que : $U=\text{R}\times{I}$ et par conséquence $I=\dfrac{U}{\text{R}}$. Ainsi pour une tension constante, quand la résistance augmente l’intensité diminue.
La résistance est dépendante de plusieurs grandeurs physiques telles que la température, la distance, la pression, etc. L’exploitation de cette dépendance permet de mettre en place des capteurs électriques qui mesurent une grandeur physique et fournissent un signal électrique. Ce signal peut comporter une résistance et ainsi, on pourra déduire la température grâce à la résistance.