Les resistances electriques

En électricité, la résistance est la capacité d'un matériau à s'opposer au passage du courant électrique. Imagine un tuyau d'eau : si le tuyau est étroit ou rempli de cailloux, l'eau aura plus de mal à passer. C'est la même chose pour le courant électrique et la résistance.

Son rôle principal dans un circuit électrique est de limiter l'intensité du courant ou de convertir l'énergie électrique en chaleur.

Un résistor (ou parfois appelé "résistance" dans le langage courant, bien que ce soit la propriété du matériau) est un composant électronique conçu spécifiquement pour avoir une certaine valeur de résistance. C'est un dipôle : il possède deux bornes.

Le symbole normalisé d'un résistor dans un schéma électrique est :

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Il est important de ne pas confondre la résistance (la propriété physique, mesurée en Ohms) et le résistor (le composant matériel).

L'unité de mesure de la résistance électrique est l'Ohm, symbolisé par la lettre grecque Oméga ($\Omega$).

On utilise souvent des multiples et sous-multiples pour exprimer des valeurs :

• kilo-ohm (k$\Omega$) : $1 \text{ k}\Omega = 1000 \text{ } \Omega$
• méga-ohm (M$\Omega$) : $1 \text{ M}\Omega = 1\,000\,000 \text{ } \Omega$

• Une lampe de poche peut avoir une résistance de quelques Ohms.
• Certains circuits électroniques utilisent des résistances de plusieurs k$\Omega$ ou M$\Omega$.
• Le corps humain a une résistance variable, de quelques k$\Omega$ à M$\Omega$ selon les conditions.

La loi d'Ohm a été établie par le physicien allemand Georg Simon Ohm. Elle décrit la relation fondamentale entre la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit.

Elle stipule que la tension ($U$) aux bornes d'un dipôle ohmique (un résistor) est directement proportionnelle à l'intensité ($I$) du courant qui le traverse, le coefficient de proportionnalité étant la résistance ($R$) du dipôle.

La formule de la loi d'Ohm est : $U = R \times I$ Où :

• $U$ est la tension en Volts (V)
• $R$ est la résistance en Ohms ($\Omega$)
• $I$ est l'intensité en Ampères (A)

Pour appliquer la loi d'Ohm, il faut savoir mesurer la tension et l'intensité.

• Mesure de la tension ($U$) : On utilise un voltmètre. Il se branche toujours en parallèle (ou en dérivation) aux bornes du composant dont on veut mesurer la tension.
• Mesure de l'intensité ($I$) : On utilise un ampèremètre. Il se branche toujours en série dans le circuit, c'est-à-dire qu'il faut ouvrir le circuit et l'insérer pour que le courant le traverse.

Précautions de mesure :

• Toujours choisir le calibre le plus approprié pour une mesure précise.
• Vérifier le sens de branchement (bornes Com et V pour le voltmètre, Com et A pour l'ampèremètre).

La loi d'Ohm permet de calculer n'importe quelle grandeur si les deux autres sont connues :

1. Calcul de la tension ($U$) : Si on connaît $R$ et $I$, on utilise $U = R \times I$.

   • Exemple : Un résistor de $100 \text{ } \Omega$ est traversé par un courant de $0.05 \text{ A}$. La tension à ses bornes est $U = 100 \times 0.05 = 5 \text{ V}$.

2. Calcul de l'intensité ($I$) : Si on connaît $U$ et $R$, on peut réarranger la formule : $I = \frac{U}{R}$.

   • Exemple : Un résistor de $200 \text{ } \Omega$ est soumis à une tension de $12 \text{ V}$. L'intensité du courant est $I = \frac{12}{200} = 0.06 \text{ A}$.

3. Calcul de la valeur d'une résistance ($R$) : Si on connaît $U$ et $I$, on peut réarranger la formule : $R = \frac{U}{I}$.

   • Exemple : Une tension de $6 \text{ V}$ provoque un courant de $0.02 \text{ A}$ dans un composant. Sa résistance est $R = \frac{6}{0.02} = 300 \text{ } \Omega$.

La caractéristique tension-intensité ($U = f(I)$) d'un dipôle représente la tension à ses bornes en fonction de l'intensité du courant qui le traverse. Pour un résistor, si on trace cette courbe :

1. On réalise un circuit avec un générateur de tension variable, un ampèremètre en série et un voltmètre en parallèle aux bornes du résistor.
2. On fait varier la tension du générateur et on relève les couples de valeurs $(I, U)$.
3. On reporte ces points sur un graphique avec $I$ en abscisse et $U$ en ordonnée.

Le tracé de la caractéristique d'un résistor est une droite qui passe par l'origine du repère. La pente de cette droite est égale à la valeur de la résistance $R$. Un composant dont la caractéristique $U=f(I)$ est une droite passant par l'origine est appelé un dipôle ohmique. Le résistor est l'exemple parfait du dipôle ohmique.

Un ohmmètre est un appareil de mesure utilisé pour déterminer la valeur d'une résistance.

• Fonctionnement : L'ohmmètre envoie un petit courant dans la résistance et mesure la tension résultante pour en déduire sa valeur.
• Branchement : L'ohmmètre doit toujours être branché aux bornes du résistor, quand celui-ci est HORS CIRCUIT et HORS TENSION. C'est crucial pour ne pas endommager l'appareil ou le circuit.
• Précautions : Ne jamais mesurer une résistance dans un circuit sous tension avec un ohmmètre. Choisir le calibre approprié (commencer par le plus grand, puis affiner).

Les résistors ont souvent des anneaux de couleur qui permettent de connaître leur valeur sans ohmmètre. C'est le code couleur.

Principe : Chaque couleur correspond à un chiffre. Il y a généralement 4 ou 5 anneaux.

Lecture des anneaux (pour 4 anneaux) :

1. 1er anneau : Premier chiffre
2. 2ème anneau : Deuxième chiffre
3. 3ème anneau : Multiplicateur (puissance de 10)
4. 4ème anneau : Tolérance (précision de la résistance)

• Rouge = 2
• Jaune = 4
• Orange = $10^3$
• Or = $\pm 5\%$ La résistance est de $24 \times 10^3 \text{ } \Omega = 24 \text{ k}\Omega \pm 5\%$.

La tolérance indique l'intervalle dans lequel la valeur réelle de la résistance peut se trouver par rapport à sa valeur nominale. Pour 24 k$\Omega \pm 5\%$, la valeur réelle est entre $24 - (24 \times 0.05) = 22.8 \text{ k}\Omega$ et $24 + (24 \times 0.05) = 25.2 \text{ k}\Omega$.

Il est important de toujours comparer la valeur lue avec le code couleur et la mesure à l'ohmmètre.

• Si les valeurs sont très différentes, il y a peut-être une erreur de lecture du code couleur, un problème avec l'ohmmètre, ou le résistor est défectueux.
• La mesure à l'ohmmètre doit se situer dans la plage de tolérance indiquée par le code couleur.
• Comprendre la tolérance est essentiel, car un résistor n'aura jamais exactement la valeur indiquée.

L'effet Joule est la transformation de l'énergie électrique en énergie thermique (chaleur) lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, notamment un résistor. C'est une conséquence directe de la résistance : les électrons en mouvement rencontrent des obstacles (les atomes du matériau) et leur frottement génère de la chaleur.

La puissance thermique dissipée par effet Joule est donnée par la formule : $P = R \times I^2$ Où $P$ est la puissance en Watts (W).

Exemples d'applications utiles de l'effet Joule :

• Chauffage : Radiateurs électriques, bouilloires, fers à repasser.
• Éclairage : Anciennes ampoules à incandescence (le filament chauffe et devient incandescent).
• Cuisson : Fours électriques, plaques de cuisson.

L'effet Joule peut aussi être une perte d'énergie indésirable, par exemple dans les lignes de transport électrique où une partie de l'énergie est perdue sous forme de chaleur.

Les résistances jouent un rôle crucial dans la protection des circuits et des composants :

• Limitation du courant : En insérant une résistance en série, on peut réduire l'intensité du courant qui traverse un composant sensible (comme une LED) pour éviter de l'endommager.
• Protection des composants : Dans certains cas, une résistance peut servir à décharger un condensateur ou à créer une tension de référence stable.

Les fusibles et les disjoncteurs (que vous avez peut-être déjà vus) sont des dispositifs de protection qui utilisent, de manière indirecte, le principe de la résistance et de l'effet Joule. Un fusible contient un fil qui fond si le courant devient trop intense, coupant ainsi le circuit.

Selon la loi d'Ohm ($I = \frac{U}{R}$), pour une tension $U$ constante :

• Plus la résistance ($R$) d'un circuit est grande, plus l'intensité ($I$) du courant qui le traverse est faible.
• Inversement, plus la résistance est faible, plus l'intensité est élevée.

Ce principe est fondamental pour la régulation du courant dans les appareils électroniques. En choisissant des résistances de valeurs différentes, on peut contrôler précisément l'intensité du courant qui alimente chaque partie du circuit.

• Dans une lampe à intensité variable (variateur), on modifie la résistance du circuit pour faire varier la luminosité de l'ampoule.
• Les circuits imprimés des ordinateurs ou téléphones contiennent des milliers de résistances pour réguler les courants et tensions des différents micro-composants.