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Troisième : Le courant électrique dans les matériaux conducteurs et la résistance électrique (chapitre Elec-1)
Chapitre Elec-1
Le courant électrique dans les matériaux conducteurs
et la résistance électrique
Pour expliquer les propriétés conductrices de certaines substances (liquides ou solides), les scientifiques ont admis qu’elles
contiennent des particules chargées, appelées porteurs de charges. Le courant électrique qui traverse le matériau conducteur
correspond à un déplacement de ces porteurs de charges électriques.
Nous avons vu que les solutions ioniques (liquides contenant des ions, particules possédant une charge électrique) laissent
passer le courant : les porteurs de charges dans ces solutions sont les ions.
I- LE COURANT ELECTRIQUE DANS LES METAUX
I-1. Les porteurs de charges
Dans les métaux, les porteurs de charges mobiles sont les électrons. Chaque atome d’un métal possède au moins un électron
peu lié au noyau, appelé électron libre ou électron de conduction. Il peut se déplacer d’un atome à un autre.
Un métal est électriquement neutre (absence de charge électrique globale).
I-2. Modèle du courant électrique
Lorsque le conducteur métallique n’est soumis à aucune Lorsque le conducteur métallique est soumis à une tension
tension (absence de générateur), les électrons de conduction électrique (générateur relié au conducteur), les électrons de
sont en mouvement désordonné.
conduction se déplacent tous dans le même sens : de la
borne négative du générateur vers sa borne positive.
II- LA NOTION DE RESISTANCE ELECTRIQUE
I-1. Expériences
Résistance (120Ω)
R2
Lampe
12V
Lampe
12V
Générateur
12V
Générateur
12V
A
I = 520mA
I = 96mA
Plus la résistance d’un dipôle est élevée, plus l’intensité du
courant électrique qui le traverse est faible.
Le sens de branchement de la résistance et sa place dans le circuit
en série n’a pas d’influence sur la modification du courant électrique.
A
A
L’introduction d’une ‘résistance’ dans
un circuit en série provoque la
diminution de l’intensité du courant
électrique.
Résistance
(330Ω)
R1
R2
A
A
Générateur
12V
I1 = 46mA
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Résistance
(120Ω)
I2 = 100mA
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I-2. Unité et Mesure
L’unité de résistance électrique, dans le système international, est le ohm et son symbole est Ω (oméga).
La mesure de la résistance s’effectue avec un multimètre en position ohmmètre.
(voir la fiche méthode Mesure de résistance à l’aide d’un multimètre).
II- LA CARACTERISTIQUE D’UN DIPÔLE
On appelle caractéristique d’un dipôle, la représentation graphique des variations de la tension U aux bornes de ce dipôle en
fonction de l’intensité I du courant qui le traverse : U = f(I).
II-1. Montage expérimental
Pour obtenir expérimentalement les couples (U,I) pour un dipôle, nous pouvons utiliser deux montages expérimentaux en
fonction du matériel dont nous disposons.
Les deux schémas normalisés ci-dessous présentent les montages pour obtenir les couples (U,I) pour tracer la caractéristique
du conducteur ohmique (résistance).
Générateur
de tension
continue +
réglable G
-
A
Résistance
(330Ω)
Avec ce montage (montage A), nous utilisons un générateur de tension
continue réglable pour faire varier à notre convenance les valeurs de la
tension aux bornes de la résistance R1.
R1
V
A
A
R
Avec cet autre montage (montage B), la valeur de la tension aux bornes de
la résistance R1 varie car nous modifions la valeur de la résistance R de la
résistance variable.
Générateur
de tension
continue +
G
-
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Résistance
variable
B
Résistance
(330Ω)
R1
V
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II-2. Tracé de la caractéristique
Suite à l’expérience, nous avons obtenus les résultats suivants :
I (mA)
2.00 3.00 4.00 7.00 9.00 10.00
U (V)
0.66 0.99 1.32 2.31 2.97 3.30
U (V) 1cm : 0,5V
+
R = 330Ω
+
I (mA) 1cm : 1mA
La tension aux bornes du conducteur ohmique est proportionnelle à l’intensité I qui le traverse (le graphique est une droite
passant par l’origine) : c’est la loi d’Ohm.
U=R×I
U : tension (V) aux bornes du
I : intensité (A) du courant électrique
conducteur ohmique
qui traverse le conducteur ohmique
R : résistance (Ω) du conducteur ohmique
Chaque conducteur ohmique possède une résistance que l’on peut déterminer grâce aux informations fournies par le
constructeur qui sont gravées sur le conducteur.
(voir fiche méthode Détermination de résistance à l’aide du code des couleurs).
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