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ohmresistance

ohm resistance

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[ Unités S.I.]

 

La loi d'Ohm 
La notion de résistance

Lorsque qu'un tuyau transporte de l'eau il suffit d'écraser un peu le tuyau pour que le débit d diminue et que la pression augmente en amont A du point d'étranglement et diminue en aval B de celui-ci.
Plus la résistance au point d'étranglement sera importante et plus sera grande la différence de pression entre les points A et B. En méme temps que la résistance augmente, le débit diminue. Si le tuyau est complétement écrasé, l'eau ne passe plus, le débit est nul et la résistance est infinie.
On imagine également que s'il y a deux points d'étranglement l'un é la suite de l'autre (en série) sur le tuyau, la résistance globale sera plus grande et le débit encore plus faible.
Autres constations : un tuyau court est moins résistant qu'un tuyau long et petit              tuyau plus résistant qu'un gros tuyau.

La résistance électrique

En pratique, dans un circuit électrique, la résistance au courant électrique peut étre un composant appelé résistance (ou resistor dans certains manuels) ou plus simplement la résistance qu'oppose les conducteurs eux-mémes au courant électrique. Un petit céble laissera moins passer le courant qu'un gros céble.
Certains métaux sont moins bons conducteurs pour l'électricité que d'autres. Par exemple la résistivité du fer est plus grande que celle du cuivre ou de l'argent.
L'unité de résistance électrique est l'ohm (symbole
W, oméga). Les valeurs communes de résistance vont de quelques milli ohms é des dizaines de mégohms. Les multiples communs de l'ohm sont :
- kilohm : 1k = 1000 ohms
- mégohm : 1 M = 1000 k = 1000 000 ohms
Le symbole de la résistance en tant que grandeur électrique est R. 

Résistances é couches ou au carbone (figure de gauche) Résistances variables spéciales (figure de droite)

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Fixes, elles sont utilisées surtout en électronique, elles sont déune puissance inférieure é 5W, leurs valeurs sont normalisées (séries) et inscrites sous forme de code.

->Sa valeur varie avec la température : Thermistance ou CTN (Coefficient de Température Négatif). Sa valeur diminue quand la température ambiante augmente.

->Sa valeur varie avec lééclairement : Photo résistance ou cellule LDR (Light Dépendant Résistor), Sa valeur diminue é l'éclairement. Leur emploi est spécifique et sera employé dans des circuits électroniques spécifiques. Leurs puissances sont faibles 1/2W.

 

    Résistances de puissance

    Constituées déun fil résistant (constantan) enroulé sur un noyau de céramique, elles ont une puissance supérieure é 5W et supportent bien les échauffements. Certaines sont méme vitrifiées ou montées dans un radiateur avec pattes de fixations. Il existe des résistances bobinées variables dont le curseur peut étre bloqué é une position fixe une fois le réglage défini. Leurs valeurs sont écrites en clair. figure ci-dessous

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La loi d'Ohm

C'est une loi fondamentale de l'électricité. Elle exprime la relation qui existe entre l'intensité I dans une portion de circuit de résistance R et la différence de potentiel U aux bornes de cette portion de circuit et s'énonce :
"La différence de potentiel en volts aux bornes d'une résistance est égale au produit de la valeur en ohm de cette résistance par l'intensité en ampéres qui la traverse". Ce qui se traduit par la formule :

Note : R doit étre une résistance pure, c'est é dire ne transformant l'énergie électrique qu'en énergie calorifique. Cette remarque est particuliérement importante en courant variable.
Deux autres formules trés utiles en découlent :

Pour conserver l'analogie avec notre tuyau d'arrosage du début nous dirons que la différence de pression entre l'aval et l'amont d'un étranglement dans une conduite d'eau est proportionnel é la résistance de l'étranglement et au débit d'eau dans le tuyau. La comparaison s'arréte lé, elle n'a pas d'autre but que d'aider é la compréhension du phénoméne.

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La conductance

C'est l'inverse de la résistance électrique. Symbolisée par la lettre G, elle est exprimée en siemens (symbole S).
La relation entre G et R est :

Une résistance de 1000
W correspond é une conductance de 1 milli siemens.
On rencontre parfois l'unité mho (inverse de ohm) pour exprimer une conductance ; 1 mho = 1 siemens.
Le symbole du mho est la lettre oméga renversée ou encore oméga puissance -1.
Un des intéréts de la conductance est la facilité du calcul de résistances en paralléle.
Exemple :
R1 = 10 ohms, R2 = 20 ohms. Valeur de R équivalente é R1 et R2 en paralléle ?
G1 = 1/10 = 0,1 S
G2 = 1/20 = 0,05 S
G = G1 + G2 = 0,1 + 0,05 = 0,15 S
R = 1/G = 1 / 0,15 = 6,66 ohms

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Le courant électrique


Le courant électrique

Le courant électrique est dé é un déplacement de porteurs de charges électriques (voir électrostatique) qui peuvent étre des électrons (charges négatives) ou des "trous" (manque d'électrons : charges positives). Le sens conventionnel de déplacement du courant électrique est celui des porteurs positifs. Dans la majorité des applications qui nous concernent, le courant électrique correspond é un déplacement d'électrons, de la borne " - " de l'alimentation vers la borne " + " é l'extérieur de celle-ci.
Le courant électrique peut se propager dans un matériau conducteur comme le cuivre, l'argent... ou dans un gaz ionisé, ou encore dans le vide (voir tubes é vide).
Un courant est dit continu quand il ne change pas de sens (qu'il soit constant ou variable) et alternatif quand il s'inverse.
Il s'établit un courant électrique dans un conducteur lorsque celui-ci relie un "réservoir" électrique négatif, donc chargé d'électrons é un "réservoir" électrique positif, donc chargé d'ions positifs. L'exemple typique est celui d'une pile débitant dans une résistance ou d'un condensateur se déchargeant.
Un circuit électrique se compose au minimum d'un générateur et d'une charge relié par des fils conducteurs. Les électrons qui participent é l'établissement du courant dans le circuit quitte le générateur par le péle " - " pour retourner dans le générateur par le péle " + ".

L'énergie électrique

L'énergie peut se présenter sous toutes sortes de formes : mécanique, chimique, thermique... Toutes ces formes d'énergie peuvent se transformer en énergie électrique et inversement. Quelques exemples :
- Dans une pile ou un accumulateur, l'énergie chimique se transforme en énergie électrique.
- Un moteur électrique permet de transformer l'énergie électrique en énergie mécanique.
- Un des phénoménes les plus ordinaires est la production de chaleur par un courant électrique (effet Joule)
- Un courant électrique dans un conducteur produit des effets magnétiques. Voir l'électromagnétisme.
Comme sous les autres formes, l'énergie électrique se conserve : un condensateur qui se décharge dans une ampoule restituera la totalité de l'énergie qu'il avait emmagasiné, une partie se transformera en lumiére, une autre partie, moins visible, produira de la chaleur. La différence entre l'énergie utile et l'énergie fournie par le générateur constitue les pertes. Plus les pertes sont faibles, meilleur est le rendement.
Voir Energie, travail et puissance.

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Intensité électrique (symbole I)

On peut comparer l'intensité d'un courant électrique au débit d'eau circulant dans un tuyau d'arrosage.
L'unité d'intensité du courant électrique est l'ampére (symbole A). C'est l'intensité du courant constant qui dépose 1,118 mg d'argent en une seconde dans l'électrolyse d'une solution de nitrate d'argent, ce qui correspond é un coulomb/seconde.
La définition légale de l'ampére est basée sur les effets magnétiques du courant électrique. Elle s'énonce :
"L'ampére est l'intensité d'un courant constant qui, maintenu dans deux conducteurs paralléles, rectilignes et de longueur infinie, de section circulaire et placés é une distance de 1 métre l'un de l'autre dans le vide, produit entre ces deux conducteurs une force égale é 2x10
-7 newtons par métre de longueur."
L'appareil qui permet de mesurer l'intensité d'un courant électrique est l'ampéremétre.

La quantité d'électricité

Un courant électrique est déterminé par le déplacement d'électrons.
La quantité d'électricité Q (en coulomb) est le produit de l'intensité I du courant (en ampére) par le temps t (en seconde) :

Le coulomb (symbole C) est la quantité d'électricité nécessaire pour déposer 1,118 mg d'argent dans l'électrolyse d'une solution de nitrate d'argent (AgNO
3).
On utilise aussi fréquemment l'ampére-heure, par exemple pour exprimer la quantité d'électricité utilisée pour la charge d'un accumulateur.
1 Ah = 3600 C

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Tension électrique et d.d.p. (symbole U)

Une analogie hydraulique de la tension ou différence de potentiel (d.d.p.) est la différence de pression entre deux points d'un circuit hydraulique, par exemple entre l'aval et l'amont d'une vanne é moitié fermée ou entre la surface d'une retenue d'eau (altitude A) et le pied du barrage qui la retient (altitude B). Si la différence A-B est égal é 100 m on peut dire que, par rapport au point B le point A est é +100m ou encore que, par rapport au point A, le point B est é -100 m.
En radio et électronique la référence est la plupart du temps la terre ou masse, reliée au chéssis de l'appareil. Par rapport é ce potentiel de référence 0 volts ont peut mesurer des d.d.p de -123 V ou de +0.75 V.
L'unité de tension électrique est le volt (symbole V), c'est la différence de potentiel entre deux points d'un circuit oé une quantité d'énergie de 1 joule est perdue entre ces deux points lorsqu'une une quantité d'électricité de 1 coulomb y a circulé.

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Energie, travail et puissance

L'énergie peut prendre toutes sortes de formes, parmi lesquelles :
- Mécanique lorsqu'elle est accumulée dans un ressort de montre, dans le poids d'une pendule ou dans un projectile en mouvement.
- Chimique, dans une pile ou un accumulateur....
- Thermique, dans un fer chauffé au rouge, de l'eau bouillante...
- Electrique lorsqu'elle est produite par un alternateur, transportée dans un céble et dissipée dans un appareil de chauffage.

Unité d'énergie

L'unité de travail, de quantité de chaleur et d'énergie est le joule, symbole J., du nom du physicien britannique James JOULE (1818-1889).
Le joule est le travail développé par une force de 1 newton se déplaéant de 1 métre dans la direction de celle-ci.
On utilise également le kilojoule (1 kJ = 1000J) et le mégajoule (1 MJ = 1000000 J).
L'ancienne unité de quantité de chaleur, la calorie, a été remplacée par le joule :
1 cal = 4,18 J et réciproquement = 0,24 cal.

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Energie mécanique

Le travail est une forme mécanique de l'énergie. Il est égal au produit d'une force par un déplacement :

avec :
- W énergie en joule (W)
- F force en newton (N)
- l longueur en métre (m)

C'est la relation qui définit le joule (voir plus haut).
Un objet suspendu é une certaine hauteur contient une quantité d'énergie potentielle qui se transformera en énergie cinétique lorsque cet objet, léché, tombera en chute libre.
En physique classique la loi de conservation de l'énergie s'applique : en l'absence de frottements l'énergie potentielle de l'objet suspendu se transformera intégralement en énergie cinétique dans l'objet en mouvement.

Puissance

La puissance d'un systéme est sa capacité é produire, é transformer ou é absorber de l'énergie.
L'unité de puissance est le watt, symbole W (de James WATT, physicien écossais 1736-1819). C'est la puissance d'un générateur produisant 1 joule par seconde.
On utilise aussi les multiples et sous-multiples suivants :
- le milliwatt : 1mW = 0,001 W.
- le kilowatt : 1 kW = 1000 W.
et dans les centrales électriques :
- le mégawatt : 1 MW = 1000000 W.
- le gigawatt : 1 GW = 1 milliard de watts.

Puissance électrique en courant continu

La puissance électrique absorbée par une charge purement résistive est proportionnelle é la tension U aux bornes de la résistance et au courant I traversant celle-ci. Ce qui peut se résumer par la formule :



avec :
P en watt, U en volts et I en ampéres.

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Formules qui en découlent :


D'aprés la loi d'Ohm on a :
U = R*I avec U en volts, R = résistance en ohm et I en ampéres.
En remplaéant U par RI dans la précédente formule on obtient la formule suivante :
P = R*I*I d'oé :


Formules qui en découlent :


En remplaéant I par sa valeur déduite de la loi d'Ohm : I = U/R on obtient la formule :
P = R.(U/R)é d'oé :


Formules qui en découlent :

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Energie électrique

L'énergie électrique délivrée par un générateur ou absorbée par une charge est proportionnelle é la puissance électrique en jeu et au temps écoulé selon la formule :


avec :
W : énergie en joules (J)
P : puissance en watts (W)
t : temps écoulé en secondes (s)

En remplaéant P é partir de la formule précédente P=U*I on peut écrire :



De méme avec P=R*Ié :



Pour mesurer la consommation électrique d'un appareil branché sur le réseau 220 V on utilise plus communément le kilowattheure (kWh) qui est l'énergie fournie (ou absorbée) par un systéme électrique d'une puissance de 1 kilowatt pendant 1 heure.
1kWh = 3600000 J = 3,6 MJ

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Applications numériques

Exemple 1: une ampoule de 100 W est soumise é une tension de 220 volts, quelle est l'intensité du courant qui la traverse ?
Réponse :
P = U*I
I = P/U
I = 100/220
I = 0,45 ampére

Exemple 2 : quelle est l'énergie consommée en 30 mn par la méme ampoule ?
Réponse :
W = P.t (avec P en watts et t en secondes)
W = 100 * 30 * 60 = 180000 J = 180 kJ
Autre solution, en wattheure :
W = P.t (P en watt, t en heure)
W = 100 * 0,5 = 50 Wh = 0,05 kWh

Exemple 3 : quelle est la résistance R d'une charge absorbant 500 J en 10 secondes sous 12 V ?
Réponse :
W = P.t (P en watts, t en seconde)
P = W/t
P = 500/10 = 50 W
R = Ué/P ( R en ohm, U en volt, P en watt)
R = 12é/50 = 144/50 = 2,88 ohms.

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La résistivité et la résistance des conducteurs

Parmi tous les matériaux, naturels ou artificiels, simples ou complexes on a tendance é distinguer ceux qui conduisent l'électricité (les conducteurs) et ceux qui ne la laissent pas passer (les isolants). En fait il existe toute une gamme de matériaux qui laissent plus ou moins passer le courant et parmi eux figurent les semi-conducteurs.

La résistivité des matériaux

Pour caractériser un matériau sur sa capacité é laisser passer le courant on utilise la résistivité. Elle s'exprime en ohm.métre et non en ohm/métre.
La résistivité varie en fonction de la température. Un exemple typique est la résistance du filament en tungsténe d'une ampoule dont la résistance é chaud est nettement plus élevée qu'é froid. A l'inverse, lorsque la température du conducteur descend au alentours du "réro" absolu sa résistance s'annule presque. Ce phénoméne de la supraconductivité dépend du matériau employé.

Métal Résistivité ro
  (ohm.métre x 10-9)
Aluminium 30
Argent 16
Bronze 50
Constantan 500
Cuivre recuit 17
Cuivre écroui 18
Duralumin AU4G 50
Etain 142
Fer 104
FerroNickel 738
Laiton 60
Maillechort 300
Magnésium 43
Manganin 467
Mercure 940
Nickel 130
Or 22
Platine 94
Plomb 207
Tantale 165
Zinc 59

 

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Résistance d'un conducteur

Elle est proportionnelle é la longueur de celui-ci. En doublant la longueur d'un conducteur on double sa résistance électrique.
En augmentant la section d'un conducteur on diminue sa résistance. Voir aussi la loi d'Ohm.
En haute fréquence la résistance d'un conducteur augmente avec la fréquence é cause de l'effet de peau.
La formule qui permet de calculer la résistance d'un conducteur de longueur l et de section S est la suivante :

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Exemple

Quelle sera la résistance d'un fil de longueur 12m et de diamétre 2mm ?
On commencera par calculer la section en mé d'un fil diamétre 2 mmé :
S = 3,14 x Dé / 4 avec D = 0,002 m
S = 3,14 x 10-6 mé ou 0,00000314 mé
Il suffit ensuite d'appliquer la formule ci-dessus en remplaéant chaque variable par sa valeur :
R = 18 x 10-9 x 12 / 0,00000314 = 0.07 ohms ou 70 milliohms

Les résistances bobinées

Une application de ce que nous venons de voir est la résistance bobinée. Elles sont généralement réalisée en bobinant un fil résistant en cupronickel sur un mandrin isolant et résistant é la chaleur. Principale application : résistances de puissance ou de chauffage

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23.12.2010 10:57:02

elec.JPG-http://www.achatpublic.com Documentation introductive en électricité, é télécharger. Vous y trouverez peut étre un peut de ce qu'il vous faut. 21/05/2005.  


 

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