La loi d`Ohm professeur VU+SF230707

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Programme :
B - Les lois du courant continu
B2 - Un dipôle : la résistance
Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6
avril 2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du socle commun de connaissances et de
compétences au collège ( B.O. n° 29 du 20 juillet 2006).
Connaissances Capacités Exemples d'activités
LA LOI D’OHM
Comment varie l’intensité du courant électrique dans une « résistance » quand on augmente la tension électrique à ses bornes ?
Énoncé de la loi d’Ohm et relation la
traduisant en précisant les unités.
Un dipôle ohmique satisfait à la loi
d’Ohm ; il est caractérisé par une
grandeur appelée résistance électrique.
Schématiser puis réaliser un montage
permettant d’aboutir à la caractéristique
d’un dipôle ohmique.
Présenter les résultats des mesures sous
forme de tableau.
Tracer et exploiter la caractéristique d’un
dipôle ohmique.
Utiliser la loi d’Ohm pour déterminer
l’intensité du courant dans une
« résistance » connaissant sa valeur et
celle de la tension appliquée à ses bornes.
Construction point par point de la
caractéristique d’une « résistance ».
Construction à l’aide d’un tableur-
grapheur de la caractéristique d’une
« résistance » [B2i]
Acquisition de cette même caractéristique
à l’ordinateur.
[Mathématiques : tableau de données, représentations graphiques et proportionnalité, grandeur quotient]
[Thème : Sécurité ; Énergie]
Mots-clé
o Tension électrique
o Intensité du courant électrique
o Dipôle ohmique
o Résistance
o ohm
o Loi – Loi d’ohm
o Caractéristique d’un dipôle
Liste de matériel
Poste élève Référence
o Une alimentation élégance 01989
o Une platine de câblage 10338
o Un support résistance avec R = 470 Ω 10253
o Un support résistance avec R = 560 Ω 10254
o Un support résistance avec R = 1kΩ 10303
o Trois cordons noirs 50 cm 60010
o Trois cordons rouges 50 cm 60011
o Un cordon noir 10 cm 60450
o Un cordon rouge 10 cm 60451
o Deux multimètres 02582
o Un potentiomètre ( si nécessaire ) 10282
Physique
–
Chimie
ETUDE DE LA CARACTERISTIQUE DU DIPÔLE
OHMIQUE : LOI D’OHM
Niveau 4
ème

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Remarques, astuces
o L’unité « ohm » : 1 ohm correspond à la résistance d’un dipôle parcouru par un courant d’intensité égale
à 1 A lorsqu’on applique à ses bornes une tension de 1 V,
o Dans l’univers de la classe, il est tout à fait envisageable de faire travailler les groupes d’élèves avec des
dipôles ohmiques de résistances différentes afin de montrer que les manipulations s’accompagnent
d’observations, de mesures et de graphiques cohérents entre eux. De ce fait, la conclusion qui en sera faite
pourra être considérée comme une loi. Un rappel pourra être fait avec les lois vues précédemment en
électricité et surtout les moyens mis en œuvre pour les atteindre.
o Le tracé du graphique pourra conduire à une discussion sur l’alignement des points. En effet, la majorité
des élèves est surprise lorsqu’en plaçant la règle, il apparaît que les points ne sont pas rigoureusement
alignés. Il faut alors les amener à réfléchir sur leur protocole expérimental et y découvrir les incertitudes
qui entourent chaque mesure :
- la tension délivrée par le générateur n’est peut-être pas exactement la valeur souhaitée ;
- une incertitude existe dans la mesure du multimètre ;
- le report de points souffre d’une légère imprécision ;
- le dipôle ohmique peut chauffer légèrement ce qui modifie sa résistance et nuit aux mesures.
C’est ainsi qu’autour d’une expérience, certaines incertitudes peuvent intervenir, nous éloignant de la
mesure idéale. Toutefois, le nombre de groupes d’élèves travaillant sur le même sujet avec des observations
identiques conduit à une conclusion cohérente. Le thème de convergence n°4 sur Mode de pensée statistique
dans le regard scientifique sur le monde doit être intégré dans cette façon de réagir.
Le tracé à la règle doit donc prendre en compte le maximum de points sans forcément les joindre.
o D’un côté pratique, il s’avère que certains générateurs de laboratoire ne présentent pas un éventail de
tensions de sortie suffisant, c’est pourquoi un montage potentiométrique doit parfois être utilisé. Attention,
celui-ci n’est pas au programme. En revanche, il est tout à fait envisageable de distribuer aux élèves une
platine avec le câblage de ce montage, en présentant les deux extrémités comme étant les bornes sortantes
d’un générateur de tension variable.
Montage potentiométrique.
Le curseur peut se déplacer le long du
rhéostat AB.
La tension U
AM
peut prendre toutes les
valeurs entre 0 V et U
AB
.
Si M est en A, alors U
AM
= 0 V
Si M est en B alors U
AM
= U
AB
= tension
délivrée par le générateur .
Câblage élève avec le dipôle
ohmique à tester.

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o Au cours de cette étude, il faut éviter de soumettre des dipôles ohmiques de faible résistance sous des
tensions élevées. En effet, ceux-ci peuvent chauffer et ne pas permettre de constater un alignement des
points, la caractéristique pourrait ressembler dans des cas extrêmes à celle d’une lampe.
En effet, dans le cas d’une lampe à
incandescence, la caractéristique U = f (I)
du filament n’est pas une droite passant
par l’origine : la résistance du filament
n’est pas constante, elle augmente avec la
tension qui provoque son échauffement.
Le filament d’une lampe à incandescence
n’est pas un « conducteur ohmique ».
Sa résistance suit la loi R = R
0
( 1 + a.θ
θθ
θ)
- R
0
étant la valeur de la résistance à 0°C
- θ
θθ
θ étant la température en °C
- a étant le coefficient de température du
métal du filament. Pour les métaux purs, a
est souvent voisin de 1/273 °C
-1
.
Cependant on peut calculer pour un point
donné de la caractéristique la résistance en
ce point du filament en appliquant la loi
d’Ohm :
U
R
= R.I
R
.
La valeur trouvée varie, bien entendu, avec
le point choisi.
Prolongements possibles : Histoire des sciences
o Ohm (George Sigmund) (1787 – 1854) physicien allemand. Ses premiers travaux sur l’électricité datent de
1825. C’est en étudiant les forces électromagnétiques induites par un courant électrique circulant dans un
fil qu’il découvre que celles-ci dépendent de la longueur du fil. De ces travaux, il formulera la loi qui porte
son nom en 1827. Cependant la communauté scientifique ne s’intéresse à ses travaux qu’à partir de 1841
étant peu favorable jusqu’alors à une introduction des mathématiques dans le domaine de la physique. La
loi d'Ohm marque le premier pas vers une description théorique des phénomènes électriques .
o En sciences, le terme loi a été défini par Montesquieu par cette phrase : « Lorsqu’un fait que nous avons
suffisamment observé se reproduit invariable, dans les mêmes circonstances, lorsqu’il accompagne d’une
manière inévitable certains autres faits, nous le comparons sur-le-champ à un
acte qui aurait été prescrit d’avance, et pour toujours, à un ordre qui aurait été signifié à la nature des
choses par une puissance supérieure : nous lui donnons le nom de loi ».
o Une loi est donc considérée comme immuable et vraie jusqu’à preuve du contraire puisqu’elle a été établie
par l’étude de phénomènes toujours identiques induisant toujours les mêmes observations et les mêmes
conséquences. Depuis Ohm, la science n’a pas cessé d’établir des lois tentant de traduire le plus souvent les
phénomènes physiques par une mise en écriture mathématique.

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Pistes d’évaluation
Expérimentales
Distinguer voltmètre et ampèremètre
Brancher les appareils de mesures – Borne d’entrée et de sortie – Calibres adaptés à la
situation
Lire correctement les mesures affichées par le multimètre
Théoriques
Convertir mA en A
Faire le choix d’une échelle appropriée
Identifier dans un graphique les abscisses et les ordonnées
Savoir placer des points sur un graphique
Savoir gérer une situation nouvelle en la confrontant avec des modèles mathématiques
Identifier les abscisses et les ordonnées avec les grandeurs mesurées
Dégager d’un énoncé les données et l’inconnue
Mettre en forme la relation pour déterminer l’inconnue
Dans le cadre des évaluations individuelles des capacités expérimentales, quelques pistes de notation sont
proposées dans le tableau suivant
BARÊME DE NOTATION DURANT LA SEANCE :
NOM :
Capacités testées Réalisé
sans aide Réalisé avec
aide
Echec
Réalisation du circuit 2 0,5 0
Branchement du voltmètre entrée –
sortie 1 0,5 0
Branchement du voltmètre en
dérivation 2 0,5 0
Calibre du voltmètre 1 0,5 0
Branchement de l’ampèremètre
entrée- sortie 1 0,5 0
Branchement de l’ampèremètre en
série 2 0,5 0
Branchement de l’ampèremètre à
l’endroit demandé 1 0,5 0
Calibre de l’ampèremètre 1 0,5 0
Unité correcte 1 0,5 0
Bonne lecture des valeurs affichées 1 0,5 0
Pas de confusion entre tension et
intensité 1 0,3 0
Rangement de la table avec arrêt des
appareils 1 0,5 0
NOTE DES SAVOIR FAIRE EXPERIMENTAUX: / 15

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Objectifs : - Établir expérimentalement la loi d’Ohm ;
- Appliquer cette loi à la recherche de l’intensité du courant électrique traversant un dipôle
ohmique, la tension à ses bornes étant connue, ou inversement retrouver la tension appliquée au
dipôle connaissant l’intensité du courant électrique qui le traverse.
ACTIVITÉ 1 : Mesures de tension et d’intensité du courant électrique pour une « résistance »
Le fonctionnement d’un dipôle est régi par deux grandeurs électriques : la
tension électrique U appliquée à ses bornes et l’intensité I du courant
électrique qui le traverse.
Il s’agit ici de rechercher la relation qui peut exister entre ces deux
grandeurs dans le cas d’une « résistance ».
a. Le schéma du circuit électrique :
La « résistance » est connectée à un générateur de tension continue variable.
Des mesures de tensions et d’intensité de courant doivent être effectuées dans ce circuit.
Après avoir répondu aux questions, représenter dans le cadre ci-dessous le schéma de ce circuit avec les
appareils de mesures nécessaires correctement placés
3°) Quel est le nom de l’appareil permettant de mesurer l’intensité du courant électrique ?
Un ampèremètre
4°) Cet appareil est-il monté en série ou en dérivation dans le circuit ? Un seul suffit-il ? Expliquez.
Il est monté en série dans le circuit et un seul suffit car dans un circuit en série comme
c’est le cas ici, l’intensité du courant électrique est la même partout.
b. Le montage:
Réaliser le circuit avec les appareils de mesures réglés sur les calibres adaptés
(200 mA et 20 V) et appeler le professeur pour vérification.
1°) Quel est le nom de l’appareil permet de mesurer une
tension ?
Un voltmètre
2°) Afin de mesurer la tension aux bornes de la « résistance »,
où doit être placé cet appareil ? Choisir, parmi les propositions
ci-dessous, la bonne réponse et justifier :
aux bornes du générateur, aux bornes de la « résistance » ou
cela n’a pas d’importance ?
Il faut placer le voltmètre aux bornes du dipôle étudié !
Cependant, dans ce circuit, cela n’a pas d’importance : la
tension délivrée par le générateur s’applique aux bornes du seul
dipôle « résistance » en considérant que l’ampèremètre
n’intervient pas dans la répartition de la tension
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Physique
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Chimie
ETUDE DE LA CARACTERISTIQUE DU DIPÔLE
OHMIQUE : LOI D’OHM
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