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Tension,courant , conducteurs ohmiques et loi de Joule Références: Chapitres 2 ,3,4 et 5 spectrum sde et cours de 3eme Plan 1 Définitions : - Tension

I– Le conducteur ohmique : 1 – Définitions : On appelle un dipôle tout composant électrique (ou associations des composants électriques) possédant deux

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d Quelques prérequis Pour pouvoir pleinement profiter des notions de ce hors- série, il serait bon d'aller replonger dans vos cours des années

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Lorsqu'un conducteur ohmique est parcouru par un courant électrique, il s' échauffe L'énergie électrique se transforme en énergie thermique (chaleur), c'est ce

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L'unité de la résistance d'un conducteur ohmique en (SI) est OHM notée Ω On constate que : k = R Cours 10 Association des conducteurs ohmiques

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I-Etude d'un dipôle passif : le conducteur ohmique : Un conducteur ohmique est un dipôle passif :la tension est nulle entre ses cours pratiques en ligne

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Cours de physique Chapitre 19 Ce sont des conducteurs ohmiques, ou plus simplement des résistances La caractéristique d'un dipôle ohmique

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II Représentation graphique : II Enoncé de la loi d'ohm : ➢ Cette loi n'est valable que pour les dipôles appelés conducteurs ohmiques ou plus communément

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Association des conducteurs Ohmiques LE CONDUCTEUR OHMIQUE 1- LA RESISTANCE - La résistance d'un résistor est son aptitude à ralentir le passage

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1 Collège Notre-Dame Physique de Jamhour Chapitre 9 - Généralités (Rappels et compléments) Tension,courant , conducteurs ohmiques et loi de Joule Références: Chapitres 2,3,4 et 5 spectrum sde et cours de 3eme Plan

1. Définitions :

- Tension électrique - Intensité - Noeud. - Deux dipôles en série. - Branches - Deux dipôles ou 2 branches en dérivation

2. Loi des tensions et des intensités

3. Mesure de la tension et de l'intensité :

3.1- Multimètre utilisé en voltmètre

3.2- Oscilloscope

Bouton à connaître : Sv ; Sh ; Both ; XY ; Invert ; AC/DC/GND ; Focus; Intensity; Voie 1;

Voie 2; ; ;

3.3- Multimètre utilisé en ampèremètre :

4. Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique :

4.1- Caractéristique intensité tension d'un conducteur ohmique

Remarques :

- La résistance d'un fil de connexion est négligeable. - La résistance d'un ampèremètre est négligeable. - La résistance d'un voltmètre est très grande.

4.2- Association des conducteurs ohmiques :

a) Conducteurs ohmiques en série : b) Conducteurs ohmiques en dérivation :

4.3- Loi de Joule :

a) La puissance électrique P b) L'énergie électrique E : Loi de Joule

1 kWh = 3,6.106 Joules

4.4- Résistance d'un conducteur ohmique filiforme

2 Cours

1. Définitions :

- La tension électrique (ou différence de potentiel) entre deux points d'un circuit électrique

représente la différence d'état électrique entre ces deux points.

- L'intensité du courant dans un conducteur est la quantité d'électricité qui le traverse par unité de

temps. t en t q t QI. - Un noeud est tout point d'un circuit électrique où aboutissent plus que 2 branches. - Deux dipôles sont en série s'ils se suivent sans noeud intermédiaire.

- Entre 2 noeuds consécutifs on peut avoir une ou plusieurs branches, et dans chaque branche, on peut

avoir un ou plusieurs dipôles en série.

- Deux dipôles ou 2 branches sont en dérivation s'ils ont le même noeud d'entrée et le même noeud

de sortie.

2. Loi des tensions et des intensités :

Circuit en série Circuit en dérivation

K L1 L2

P N

A B C

I L2 K L1

P N

A B

C D

I I1 I2 3

Loi d'unicité de l'intensité :

Dans une branche d'un circuit l'intensité est partout la même.

Loi des noeuds :

La somme des intensités arrivant à un noeud est égale à la somme des intensités sortant de ce

noeud.

I = I1 + I2

Loi d'additivité des tensions :

La tension aux bornes d'une portion d'un circuit est égale à la somme des tensions consécutives

aux bornes des appareils contenus dans cette portion.

UAC = UAB + UBC

Loi d'unicité des tensions :

La tension aux bornes de portions du circuit montées en dérivation est la même.

UPN = UAB = UCD

3. Mesure de la tension et de l'intensité :

Mesure de la tension :

1. Multimètre utilisé en voltmètre

La tension est mesurée à l'aide d'un voltmètre branché en dérivation dans un circuit. Le voltmètre mesure la tension entre sa borne (V) ou (+) et sa borne COM (UAB dans ce schéma) Pour que le voltmètre affiche une tension positive il faut que sa borne (V) ou (+) soit branché du coté (+) du générateur et sa borne COM du coté de la borne (-) du générateur. Calibre : c'est la plus grande valeur mesurable par l'appareil. En faisant des mesures, il faut commencer par le calibre le plus grand, puis le diminuer jusqu'à la valeur la plus proche de la mesure tout en lui restant supérieure qui sera le calibre le mieux adapté `a la mesure. Lorsque le calibre diminue, la précision de la mesure augmente.

2. Oscilloscope

L'oscilloscope affiche la tension mesurée entre son entrée (ou sa voie ou Y) et sa masse. (UAB dans ce schéma)

U : tension mesurée (V)

SV : sensibilité verticale (V/div)

Y : déviation verticale (div)

V K

P N

A B

R + COM V K

P N

A B

Voie masse

UAB = SV x Y

Bouton à connaître :

Sv ; Sh ; Both ; XY ; Invert ; AC/DC/GND ; Focus; Intensity; Voie 1; Voie 2; ; ;

Mesure de l'intensité :

Ultimètre utilisé en ampèremètre :

L'intensité I du courant électrique est mesurée à l'aide d'un ampèremètre branché

en série dans un circuit. Pour que l'ampèremètre affiche une intensité positive il faut que sa borne (A) ou (+) soit branchée du coté (+) du générateur et sa borne COM du coté de la borne (-) du générateur. Calibre : c'est la plus grande valeur mesurable par l'appareil. En faisant des mesures, il faut commencer par le calibre le plus grand, puis le diminuer jusqu'à la valeur la plus proche de la mesure tout en lui restant supérieure qui sera le calibre le mieux adapté `a la mesure. Lorsque le calibre diminue, la précision de la mesure augmente.

4. Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique :

On varie la tension aux bornes du générateur à tension réglable G, et on note pour chaque tension UAB l'intensité I correspondante. Une expérience réalisée a donné les valeurs du tableau suivant :

U (V) 0,90 1,20 1,82 2,30 2,70 3.20 3,60 4,10

I (A) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

I UR

A XY B -B Dual

A A Synchro

ms 12 5 5 10

20 50 0,1 0,2

0,5 µs2

Sweep Level M/A

Brightness

Focus AC GND DC

Input A 1

5 10 20

50
100

200500 V

mV AC GND DC

Input B

1 2

5 10 20

50
100

200 500 V

mV V K

P N

A B

R A G K

P N

A B

R A A 5

4.1- Caractéristique intensité tension d'un conducteur ohmique

Traçons le graphique de la tension en fonction de l'intensité, U = f(I) appelé caractéristique intensité tension d'un conducteur ohmique.

La caractéristique intensité - tension d'un

conducteur ohmique est une droite qui passe par l'origine.

L'équation de cette droite est de la forme :

U = k × I avec k = constante > 0

La constante k caractérise le conducteur

ohmique : on l'appelle sa résistance électrique R, mesurée en Oȍ

Loi d'ohm aux bornes d'un conducteur

ohmique :

La différence de potentiel entre les bornes d'un conducteur ohmique est proportionnelle à l'intensité

du courant qui la traverse.

Remarques :

- La résistance d'un fil de connexion est négligeable. - La résistance d'un ampèremètre est négligeable. - La résistance d'un voltmètre est très grande.

4.2- Association des conducteurs ohmiques :

Le conducteur ohmique équivalent à une association de conducteurs ohmiques est celui qui remplace

cette association sans modifier ni la tension aux bornes de cette association, ni le courant qui la traverse. a) Conducteurs ohmiques en série :

La résistance Re du conducteur ohmique équivalent à plusieurs conducteurs ohmiques placés en

série est donnée par la relation : b) Conducteurs ohmiques en dérivation :

La résistance Re du conducteur ohmique équivalent à plusieurs conducteurs ohmiques placés en

dérivation est donnée par la relation :

Re = R1 + R2 + ...

...111 21
RRRe

U = R × I

Caractéristique intensité - tension d'un conducteur ohmique 0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00 4,50

0,000,100,200,300,400,50

I (A) U (V) 6

4.3- Loi de Joule :

L'effet Joule est l'effet thermique produit par le passage du courant électrique dans un conducteur

ohmique. - La puissance électrique P (exprimée en Watt (W)) consommée par un dipôle est : Dans un conducteur ohmique, toute cette puissance est transformée une puissance thermique. On a :

P = U × I

Pour un conducteur ohmique U = R × I

P = R × I × I

Pour un conducteur ohmique R

UI R UUP

- L'énergie électrique E consommée par un dipôle électrique sous une tension U parcouru par un

courant d'intensité I pendant une durée ǻée par l'expression : et

1 kWh = 1 kW × 1h

= 1000 W × 3600 s = 3600000 Joules = 3,6.106 Joules Dans un conducteur ohmique, toute cette énergie est transformée en chaleur. On a :

E = P × ǻt

Pour un conducteur ohmique :

Loi de Joule : dans un conducteur ohmique, le

courant électrique produit un dégagement de chaleur proportionnel à la résistance du conducteur ohmique, au carré de l'intensité du courant et à la durée de passage du courant.

E = R × I2 × ǻt

ȍ tR

UE 2 R UP 2

P = R × I2

P = U × I

(W) (V) (A)

E = P × ǻt

Joule (J) (W) (s)

kilowatt-heure (kWh) (kW) (h)

E = U × I × ǻt

(J) (V) (A) (s) 7

4.4- Résistance d'un conducteur ohmique filiforme :

La résistance d'un fil conducteur homogène dépend de trois facteurs : sa longueur, sa section et la

substance qui le constitue.

L'expérience montre que, à température donnée, la résistance d'un tel conducteur est proportionnelle à

sa longueur let inversement proportionnelle à sa section s : La constante, qui dépend de la nature de la substance, est appelée résistivité de cette substance. Dans le SI, la résistivité est exprimée en ohm - mètre (ȍ

Exercices

Travail personnel : consignes + p. 47 N0 10 , p. 65 ... N0 4, 9 et 10 p.87 ....N0s 4,7, 8 ,9 et 10 et p.108 N0s 2 et 4

Rappel consignes : toutes les applications résolues dans les chapitres 2,3, 4 et 5 du livre Spectrum

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1. Définitions :

2. Loi des tensions et des intensités

3. Mesure de la tension et de l'intensité :

3.1- Multimètre utilisé en voltmètre

3.2- Oscilloscope

Voie 2; ; ;

3.3- Multimètre utilisé en ampèremètre :

4. Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique :

4.1- Caractéristique intensité tension d'un conducteur ohmique

Remarques :

4.2- Association des conducteurs ohmiques :

4.3- Loi de Joule :

1 kWh = 3,6.106 Joules

4.4- Résistance d'un conducteur ohmique filiforme

1. Définitions :

2. Loi des tensions et des intensités :

Circuit en série Circuit en dérivation

P N

A B C

P N

A B

C D

Loi d'unicité de l'intensité :

Loi des noeuds :

I = I1 + I2

Loi d'additivité des tensions :

UAC = UAB + UBC

Loi d'unicité des tensions :

UPN = UAB = UCD

3. Mesure de la tension et de l'intensité :

Mesure de la tension :

1. Multimètre utilisé en voltmètre

2. Oscilloscope

U : tension mesurée (V)

SV : sensibilité verticale (V/div)

Y : déviation verticale (div)

P N

A B

P N

A B

Voie masse

UAB = SV x Y

Bouton à connaître :

Mesure de l'intensité :

Ultimètre utilisé en ampèremètre :

4. Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique :

U (V) 0,90 1,20 1,82 2,30 2,70 3.20 3,60 4,10

I (A) 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45

A XY B -B Dual

A A Synchro

20 50 0,1 0,2

0,5 µs2

Sweep Level M/A

Brightness

Input A 1

5 10 20

200500 V

Input B

5 10 20

200 500 V

P N

A B

P N

A B

4.1- Caractéristique intensité tension d'un conducteur ohmique

La caractéristique intensité - tension d'un

L'équation de cette droite est de la forme :

U = k × I avec k = constante > 0

La constante k caractérise le conducteur

Loi d'ohm aux bornes d'un conducteur

Remarques :

4.2- Association des conducteurs ohmiques :

Re = R1 + R2 + ...

U = R × I

0,000,100,200,300,400,50

4.3- Loi de Joule :

P = U × I

Pour un conducteur ohmique U = R × I

P = R × I × I