Leçon 10 : Association des conducteurs ohmiques

Leçon 10 : Association des conducteurs ohmiques

Leçon N°10 :Association des conducteurs ohmiques

Situation problème

Dans les appareils électriques, on trouve parfois des composantes sous forme d’un petit cylindre sur lequel sont peints des anneaux colorés, qui sont associées entre elles comme indiqué sur la figure ci-contre.

  • Comment s’appellent ces composantes ?
  • Quel est leur rôle ?
  • Et pourquoi sont-elles placées sous cette forme ?

I.Rappel : Le conducteur ohmique

1. Définition d’un conducteur ohmique

– Un conducteur ohmique est une composante électrique qui possède une forme cylindrique et deux bornes (dipôle) identiques. Il joue plusieurs rôles comme la protection des autres dipôles, la production d’énergie thermique (chauffage), …

– Il est caractérisé par une grandeur électrique appelée résistance électrique qui désigne l’aptitude de ce conducteur à s’opposer au passage du courant électrique. Cette grandeur se note R et son unité est l’Ohm (Ω).

Remarque :

La conductance G d’un conducteur ohmique est l’inverse de sa résistance : G = 1R, elle s’exprime en Siemens (S).

2. Symbole du conducteur ohmique

Dans un circuit électrique, le conducteur ohmique est représenté par le symbole suivant :

R

3. Résistance d’un fil métallique

La résistance d’un fil métallique est donnée par la relation suivante :

R = ρ lS

ρ : la résistivité de la matière constituant le fil métallique en (Ω.m).
l : la longueur du fil métallique en (m).
S : la section de ce fil en (m2).

4. La loi d’Ohm

La loi d’Ohm est une loi physique qui lie l’intensité électrique I traversant un conducteur ohmique à la tension électrique U appliquée entre ses bornes :

U = R × I

U : la tension électrique entre les bornes du conducteur ohmique en (V).
I : l’intensité électrique traversant ce conducteur en (A).
R : la résistance électrique de ce conducteur en (Ω).

II.Association des conducteurs ohmiques

1. Association en série

On considère deux conducteurs ohmiques de résistances R1 et R2 montés en série.

La loi de maille donne : U = U1 + U2

La loi d’Ohm donne : U1 = R1 × I et U2 = R2 × I

R₁R₂ U₁U₂U I
U = U1 + U2 = R1 × I + R2 × I = (R1 + R2) × I = Réq × I
C/C : deux conducteurs ohmiques de résistances R1 et R2 associés en série sont équivalents à un conducteur ohmique de résistance équivalente Réq = R1 + R2

Généralisation :

La résistance équivalente Réq de n conducteurs ohmiques montés en série est :

Réq = R1 + R2 + … + Rn = Σ Ri

2. Association en parallèle

On considère deux conducteurs ohmiques de résistances R1 et R2 montés en parallèle.

La loi d’unicité des tensions donne : U = U1 = U2

La loi d’Ohm donne : I1 = U/R1 ; I2 = U/R2 ; I = U/Réq

La loi des nœuds donne : I = I1 + I2

R₁R₂ I₁I₂UI
I = I1 + I2 ⇔ URéq = UR1 + UR2 ⇔ 1Réq = 1R1 + 1R2
C/C : deux conducteurs ohmiques de résistances R1 et R2 associés en parallèle sont équivalents à un conducteur ohmique de résistance équivalente Réq, telle que : 1Réq = 1R1 + 1R2

Généralisation :

La résistance équivalente Réq de n conducteurs ohmiques montés en parallèle est :

1Réq = 1R1 + 1R2 + … + 1Rn = Σ 1Ri

Exercice d’application 1

On considère les conducteurs ohmiques suivants, tels que : R1 = 500 Ω, R2 = 100 Ω et R3 = 200 Ω.

  1. Donner la résistance équivalente Réq1 de deux résistances R2 et R3.
  2. Déduire la résistance équivalente Réq de ce montage.
R₁R₂R₃
Voir la correction

1. R2 et R3 sont en série : Réq1 = R2 + R3 = 100 + 200 = 300 Ω

2. R1 est en parallèle avec Réq1 :

1Réq = 1500 + 1300 = 81500 donc Réq = 1500 / 8 = 187,5 Ω

III.Diviseur de tension

Le diviseur de tension est un montage électrique simple qui permet de diviser une tension d’entrée à l’aide de conducteurs ohmiques.

1. Montage de diviseur de tension

  • Le rhéostat est une résistance variable qui possède trois bornes A, B et C.
  • Pour avoir un diviseur de tension, on monte un rhéostat en série avec un générateur de tension continue ; en déplaçant le curseur C du rhéostat, la tension de sortie UCB se divise.
V ABC UABUCB I

2. Relation du diviseur de tension

La loi d’Ohm donne : UAB = RAB × I ; UCB = RCB × I

⇒ UCBUAB = RCB × IRAB × I = RCBRAB
UCB = RCBRAB × UAB

RAB : la résistance totale du rhéostat.
RCB : la résistance de la partie BC du rhéostat qu’on fait varier en déplaçant le curseur C.

Exercice d’application 2

Le montage se compose d’un générateur de tension UPN = 12 V, d’un rhéostat Rh, d’un ampèremètre et d’un voltmètre (C = 10 V, n0 = 100).

  1. Sachant que l’ampèremètre indique la valeur I = 0,12 A, déterminer RAB, la résistance totale du rhéostat.
  2. L’aiguille du voltmètre indique la division 70. Calculer la tension de sortie UCB.
  3. Calculer la résistance RCB de la partie BC du rhéostat.
Voir la correction

1. UAB = UPN = 12 V, donc RAB = UAB / I = 12 / 0,12 = 100 Ω

2. UCB = C × nn0 = 10 × 70100 = 7 V

3. RCB = UCB / I = 7 / 0,12 ≈ 58,3 Ω

Réalisé par Pr.Cours de physique