Alimentations, loi d`Ohm, sécurité électrique

RESEAU DE NAMUR
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ALIMENTATIONS ELECTRIQUES
LOI D’OHM
SECURITE ELECTRIQUE
PANNEAU ELECTRIQUE ELEMENTAIRE
Ce document est un condensé de « Comment faire de l’électricité en 4ème secondaire quand on n’est pas
physicien ? » (J. Plumat1 , Y. Verbist-Scieur2, M. Dontaine3, L. Zanotto4)
1. Des alimentations électriques faciles à utiliser
Disposer d’une alimentation électrique et d’appareils de mesure pour réaliser des expériences
d’électrocinétique semble être un minimum. Cependant, le coût du matériel didactique est (souvent)
prohibitif, à tel point que beaucoup d’enseignants ne peuvent parfois disposer de ce minimum…
Cette fiche propose quelques alternatives à l’achat de matériel didactique onéreux.
Concernant les alimentations électriques, on peut acheter, à moindre coût, des accumulateurs (des « piles »
rechargeables) de forte capacité (3500 mAh et plus pour une tension de 1,2 volt). Des batteries de moto (6
volts – 5 à 10 Ah), de voiture (12 volts – 40 à 80 Ah) ou de camion (24 volts – 100 à 200 Ah) permettent
en plus de disposer d’un ampérage parfois très important (plus de 15 ampères en continu). Si la
manipulation de telles batteries ne pose pas de problème (mis à part le poids), il convient de ne pas les
mettre en court-circuit sous peine de les rendre inutilisables ! On peut également se procurer pour un coût
modique un chargeur de batterie qui permettra la plupart du temps de réaliser toutes les expériences
nécessaires en électrocinétique. Enfin, l’achat d’une alimentation électrique chez un fournisseur de
matériel électronique s’avèrera toujours moins coûteux que si vous le commandez chez une firme de
matériel didactique. Pour les appareils de mesure, sans hésiter, privilégiez les multimètres qui peuvent
simultanément mesurer tant en courant continu qu’en courant alternatif ; la tension électrique (la
différence de potentiel), l’intensité du courant, la valeur des résistances, la capacité des condensateurs, et
parfois même la température.
Une expérience d’introduction au cours d’électricité doit montrer même qu’une faible tension peut générer
des effets parfois spectaculaires. Nous vous proposons l’expérience suivante : prendre un fil fin en nickel-
chrome (provenant d’un vieux grille-pain par exemple) que l'on tend entre 2 statifs.
1 Université catholique de Louvain et Haute Ecole Roi Baudoin à Mons, [e-mail]
2 Université de Namur et Institut Saint-Louis à Namur, [e-mail]
3 Université de Namur et Athénée Royal François Bovesse de Namur, matthieu.dontain[email protected]c.be
4 Université de Namur et Institut Saint-Joseph à Saint-Hubert, [e-mail]

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Le montage proposé, outre l’intérêt de présenter un effet spectaculaire et d’être visible par tous, donne quelques ordres de
grandeurs intéressants à présenter aux élèves.
On utilisera deux multimètres, l'un pour mesurer la tension (placé en parallèle), l'autre (placé en série)
mesure l’intensité du courant. Si on applique une tension d’une vingtaine de volts (suivant la longueur L
du fil), on remarque que plus on réduit la longueur L du fil NiCr, plus l'intensité du courant augmente et le
fil devient de plus en plus rouge. Si on réduit trop la longueur, et donc la résistance, on peut même en
arriver à faire fondre le fil. Effet garanti !
2. Découverte expérimentale de la loi d’Ohm
a) Matériel
une alimentation basse tension
deux multimètres
des ampoules (12 V) de phare de
voiture (P21W, P21/5W ou
R2 45/40W)
des fils de connexion
b) Expérience
Relever les mesures de l’intensité I du courant pour différentes valeurs de la tension U appliquée
aux bornes de l’ampoule.
Rassembler les résultats des mesures dans un graphique et analyser celui-ci.
Voltmè tre
A mpé re mè tre
Gé nérateur de courant
L
25
2,6

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c) Résultats expérimentaux
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00
0,00
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
3,00
3,50
4,00
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
I=f(U) - ampoule 12 V de 40 W
Notons que, dans le cas d’une ampoule qui chauffe, la partie linéaire du graphe est assez réduite. Si on
reproduit la même expérience avec un résistor classique, le domaine de variation linéaire est nettement
plus étalé. Dans les graphes suivants, nous avons sélectionné uniquement les points expérimentaux de la
partie linéaire.
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
I=2,09xU
R=1/2,09=0,478
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
I=f(U) dans la zone linéaire - ampoule 12 V de 40 W
Droite de régression (r=0,996)
d) Expérience : recommencer la procédure avec différentes ampoules.

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0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50
0,60
0,70
0,80
Ampoule 12 V / 21 W
I=1,34xU
R=1/1,34=0,746
Ampoule 12 V / 40 W
I=2,09xU
R=1/2,09=0,478
Ampoule 12 V / 5 W
I=0,291xU
R=1/0,291=3,44
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
Comparaison des parties linéaires - ampoules 12 V de 5 W, 21 W et 40 W
e) Conclusion
L’opposition d’un conducteur au passage du courant est sa « résistance électrique », on la note R.
On obtient sa valeur en calculant la pente de la droite dans le graphique
()I f U
.
I cste U
; l’inverse de cette constante est la résistance R.
Loi d’Ohm :
U
IR
.
Dans le système international des unités, la résistance s’exprime en ohm ; symbole Ω.
N.B. La puissance de l’ampoule est inférieure à celle indiquée par le fabriquant pour toute tension
différente de la tension nominale.
f) Pour aller plus loin…
Certaines ampoules automobiles sont composées de deux filaments (par exemple le modèle P21/5W) :
un filament pour les feux de position et l’autre pour les feux stop. Il est possible de faire briller chacun
des filaments individuellement ou de manière groupée.
En utilisant ce type d’ampoule, il est possible de vérifier les lois de groupement des résistances.

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Valeur de la résistance des filaments (utilisation de la méthode présentée précédemment).
0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25
0,000
0,010
0,020
0,030
0,040
0,050
0,060
0,070
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00
0,00
0,10
0,20
0,30
0,40
0,50 I=f(U) - ampoule 12 V filament de 5 W
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
Ampoule 12 V / 5 W
I=0,291xU
R=1/0,291=3,44
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
I=f(U) dans la zone linéaire - filament de 5 W
Droite de régression (r=0,994)
La résistance vaut donc
5W 13,44
0,291
R
soit 3,4 en tenant compte des chiffres significatifs.
0,00 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 0,14 0,16 0,18 0,20
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00
0,00
0,20
0,40
0,60
0,80
1,00
1,20
1,40
1,60
1,80 I=f(U) - ampoule 12 V filament de 21 W
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
Ampoule 12 V / 21 W
I=1,34xU
R=1/1,34=0,746
I=f(U) dans la zone linéaire - filament de 21 W
Droite de régression (r=0,999)
Intensité (A)
Tension appliquée (V)
La résistance vaut donc
21W 10,746
1,34
R
soit 0,75 en tenant compte des chiffres significatifs.