TFS: DT01-120803.01 Page 1 sur 11 Sommaire 1. Résistances Matériaux résistants 2. Mesure de résistance Caractéristiques d une résistance 3. Echauffement d une résistance : effet Joule (approche de la loi de Joule) 4. Relation entre résistance, tension et courant (approche de la loi d Ohm) 5. Association de résistances
TFS: DT01-120803.01 Page 2 sur 11 1. Résistance Matériaux résistants 1.1 Rappels : conducteur isolant - Un conducteur est un matériau qui a la propriété de laisser passer le courant électrique. C est généralement un métal, comme le cuivre ou l aluminium. - Un isolant est un matériau qui ne laisse pas passer le courant électrique. C est en général le cas des matières plastiques, du verre, du caoutchouc, de la porcelaine Ce sont les électrons libres qui, en se déplaçant sous l effet d un générateur électrique, provoquent le courant électrique. Ils sont très nombreux et très mobiles dans les conducteurs, pratiquement inexistants dans les isolants. 1.2 Résistance Pour fabriquer une résistance électrique, on utilise un matériau qui se situe entre conducteur et isolant. Ce matériau laisse passer le courant, mais en lui offrant une certaine «résistance». Ces matériaux sont généralement des alliages métalliques comme le nickel-chrome (ou Nichrome), le cuivre-nickel (ou Constantan), le cuivre-nickel-zinc (ou Maillechort) Dans un schéma électrique, on représente habituellement une résistance par le symbole suivant : R
TFS: DT01-120803.01 Page 3 sur 11 Echauffement du matériau Dans un matériau résistant, les électrons libres sont moins nombreux que dans un conducteur. De plus, ils sont moins mobiles car ils rencontrent beaucoup plus d obstacles pour se déplacer, ce qui provoque l échauffement du matériau. Plus la tension du générateur provoquant ce déplacement est élevée, plus le nombre d électrons libres qui se déplacent est important (donc plus l intensité du courant est importante), et plus le matériau s échauffe. Selon les alliages utilisés, la difficulté des électrons à circuler est plus ou moins grande : le matériau est donc plus ou moins résistant. Un conducteur, comme un isolant, ne chauffe pratiquement pas : - le conducteur car les électrons libres qu il contient rencontrent peu d obstacles dans leur déplacement, - l isolant car il ne contient pratiquement pas d électrons libres.
TFS: DT01-120803.01 Page 4 sur 11 2. Mesure de résistance Caractéristiques d une résistance 2.1 Ohm Multiples et sous-multiples usuels En pratique, on utilise le même mot résistance pour désigner l élément lui-même et sa valeur. L unité de mesure de la résistance est l ohm (symbole : Ω qui est la lettre grecque oméga majuscule), mais on utilise aussi ses multiples et sous-multiples, et particulièrement : - le kilohm (symbole : kω), qui vaut 1000 ohms, - le mégohm (symbole : MΩ), qui vaut 1 million d ohms, - le milliohm (symbole : mω), qui vaut un millième d ohm. 2.2 Multimètre Ohmmètre La résistance se mesure à l aide d un ohmmètre, fonction proposée par tous les multimètres numériques ou à aiguille. La mesure se fait résistance hors tension, les deux cordons de l ohmmètre étant reliés aux extrémités de l élément à mesurer. Pour éviter l influence des autres éléments sur la valeur mesurée, la résistance doit être déconnectée du circuit dans lequel elle se trouve.
TFS: DT01-120803.01 Page 5 sur 11 2.3 Caractéristiques d une résistance Selon leur utilisation, les résistances peuvent avoir des formes et des aspects très différents, même si leur valeur est identique. La valeur d une résistance dépend de plusieurs paramètres : du matériau utilisé : par exemple, à dimensions égales (longueur, section), le Nichrome est plus résistant que le maillechort, de la longueur : pour un matériau donné et pour la même section, plus la longueur est importante et plus la résistance est importante, de la section : pour un matériau donné et pour la même longueur, plus la section est faible et plus la résistance est importante.
TFS: DT01-120803.01 Page 6 sur 11 3. Echauffement d une résistance Effet Joule (approche de la loi de Joule) 3.1 Effet Joule (approche de la loi de Joule) Tout élément traversé par un courant électrique s échauffe, même s il est conducteur : cette propriété est appelée l effet Joule. Plus l intensité du courant est élevée, plus l échauffement est important (approche de la loi de Joule). Selon les applications, l échauffement d un élément peut être l effet recherché ou, au contraire, être un effet indésirable : - effet recherché : toutes les applications de chauffage (convecteur, chauffe-eau, four ) et de protection (fusibles, relais thermiques ) - effet indésirable : échauffement des câbles électriques, échauffement des moteurs électriques, des systèmes électroniques et informatiques Même indésirable, l effet d échauffement est inévitable. Dans tous les cas, recherché ou indésirable, il faut dimensionner correctement les éléments (exemple : section de câbles suffisante) et prendre des précautions (exemples : utilisation d une rallonge adaptée, aération suffisante) pour sécuriser le fonctionnement des systèmes électriques. Dans le cas particulier du fusible, on calibre cet effet indésirable : quand l intensité qui le traverse est trop importante, alors le fusible chauffe puis fond (le fusible «saute»), ce qui permet de minimiser les dégâts que provoquerait un échauffement trop important.
TFS: DT01-120803.01 Page 7 sur 11 3.2 Relation taille/puissance d une résistance Selon leur utilisation, les résistances électriques peuvent avoir des valeurs identiques mais des tailles très différentes. D une manière générale, plus la quantité de chaleur à fournir est importante, plus la puissance électrique mise en jeu est importante, et plus les dimensions de la résistance sont importantes. Par exemple, on peut trouver : - une «grosse» résistance (quelques dizaines de centimètres de longueur) de 25 Ω - 1800 W, qui doit chauffer l eau d un lave-linge, - une «moyenne» résistance (quelques centimètres de longueur) de 25 Ω - 20 W, qui doit tempérer l intérieur d un coffret électrique dans un navire pour éviter le gel et la condensation, - une «petite» résistance (quelques millimètres de longueur) de 25 Ω - 1/4 W, qui est nécessaire au fonctionnement d une carte électronique, mais dont le rôle n est pas de chauffer.
TFS: DT01-120803.01 Page 8 sur 11 4. Relation entre résistance, tension et courant (approche de la loi d Ohm) 4.1 Alimentation sous tension constante A I 1 A I 2 < I 1 G R 1 G R 2 > R 1 On choisit R 2 plus grande que R 1 (R 2 > R 1 ). Le même générateur G fournit la même tension aux bornes des deux résistances R 1 et R 2. On constate que l ampèremètre A, qui mesure les intensités du courant dans les résistances, indique que l intensité I 1 dans R 1 est plus grande que l intensité I 2 dans R 2. CONCLUSION (une première approche de la loi d Ohm) Lorsque des résistances de valeurs différentes sont alimentées sous la même tension, c est dans la résistance ayant la valeur la plus faible que l on retrouve l intensité la plus élevée (ou : c est dans la résistance ayant la valeur la plus élevée que l on retrouve l intensité la plus faible)
TFS: DT01-120803.01 Page 9 sur 11 4.2 Alimentation sous tension variable A I 1 A I 2 > I 1 G 1 R G 2 > G 1 R Le générateur G 2 fournit une tension supérieure au générateur G 1 (G 2 > G 1 ). C est la même résistance R qui est alimentée par G 1 et G 2. L ampèremètre A mesure les intensités du courant dans la résistance, On constate que l intensité I 2 dans R alimentée par G 2 est plus grande que l intensité I 1 dans R alimentée par G 1. CONCLUSION (une deuxième approche de la loi d Ohm) Lorsqu une même résistance est alimentée sous des tensions différentes, l intensité qui la traverse est la plus élevée quand elle est alimentée par la tension la plus élevée (ou : l intensité qui la traverse est la plus faible quand elle est alimentée par la tension la plus faible)
TFS: DT01-120803.01 Page 10 sur 11 5. Association de résistances 5.1 Association série de résistances est équivalent à R 1 R 2 R e Mettre en série deux résistances équivaut à augmenter la longueur de fil résistant mis en œuvre. La valeur de la résistance équivalente R e est forcément supérieure à la valeur de chacune des résistances R 1 et R 2. Conclusion Un ensemble de résistances mises en série est équivalent à une résistance unique dont la valeur est supérieure à la valeur de la plus grande résistance.
TFS: DT01-120803.01 Page 11 sur 11 5.2 Association parallèle de résistances R 1 est équivalent à R e R 2 Mettre en parallèle deux résistances équivaut à augmenter la section de fil résistant mis en œuvre. La valeur de la résistance équivalente R e est forcément inférieure à la valeur de chacune des résistances R 1 et R 2. Conclusion Un ensemble de résistances mises en parallèle est équivalent à une résistance unique dont la valeur est inférieure à la valeur de la plus petite résistance.