La résistance et la loi d'Ohm : cours de 4e

Tu connais déjà l'intensité du courant (qui se mesure avec un ampèremètre) et la tension électrique (qui se mesure avec un voltmètre). Tu sais aussi comment ces deux grandeurs se comportent dans les circuits en série et en dérivation. Il reste une question : dans un même circuit, que se passe-t-il pour l'intensité quand on change la tension ?

Le programme pose exactement cette question : comment varie l'intensité du courant dans une résistance quand on augmente la tension à ses bornes ? ¹ La réponse s'appelle la loi d'Ohm, étudiée à ce niveau dans la partie du programme consacrée aux lois du courant continu. ¹

Dans ce cours, tu vas voir ce qu'est une résistance, comment on la mesure, puis comment utiliser la loi d'Ohm pour calculer une tension, une intensité ou une résistance.

Concrètement, plus la résistance est grande, plus il est difficile au courant de passer. Dans un circuit, ajouter une résistance permet de diminuer l'intensité du courant. ² C'est pour cette raison qu'on place une résistance en série avec une diode électroluminescente (DEL) : sans elle, le courant serait trop fort pour ce composant fragile.

En électricité, le mot « résistance » a deux sens : c'est le composant (le petit cylindre rayé de couleurs que tu vois sur une carte électronique) et c'est la grandeur qui le caractérise, exprimée en ohms. Selon la phrase, on comprend facilement lequel des deux est visé.

Les valeurs rencontrées en classe sont souvent de quelques dizaines à quelques centaines d'ohms. En travaux pratiques, on utilise par exemple des résistances de 33 Ω ou de 47 Ω. ⁴ Pour de plus grandes valeurs, on utilise des multiples : $1\ \text{k}\Omega = 1000\ \Omega$.

Pour étudier une résistance, on peut utiliser un générateur de tension réglable : on fait varier la tension à ses bornes, puis on mesure à chaque fois l'intensité qui la traverse. On obtient un tableau de mesures. Si on calcule le rapport entre la tension et l'intensité pour chaque ligne du tableau, on trouve toujours (aux erreurs de mesure près) le même nombre. Ce nombre est comparable à la valeur lue à l'ohmmètre. ⁴

Cette loi dit que, pour une même résistance, si tu doubles la tension, l'intensité double aussi ; si tu la divises par trois, l'intensité est divisée par trois. La résistance est le coefficient qui relie les deux.

La loi d'Ohm donne un résultat juste uniquement si les trois grandeurs sont exprimées dans leurs unités de base : volts, ampères, ohms. Or les intensités sont souvent données en milliampères (mA), notamment dans les exercices de collège. Un exercice de ce niveau propose par exemple une intensité de 200 mA dans une résistance de 100 Ω. ³

On appelle caractéristique d'un dipôle le graphique qui représente la tension à ses bornes en fonction de l'intensité du courant. Pour construire celui d'une résistance, on place chaque mesure (I ; U) comme un point. ²

Puisque $U = R \times I$, les points d'un dipôle ohmique sont alignés sur une droite passant par l'origine : c'est le signe d'une proportionnalité. Le coefficient de proportionnalité entre U et I est la résistance R.

Quand un courant traverse une résistance, celle-ci chauffe : elle dissipe de l'énergie sous forme de chaleur. Ce phénomène s'appelle l'effet Joule. ⁵ Cet échauffement est parfois recherché, comme dans les résistances de chauffage, et parfois gênant. ⁵ C'est le lien avec le chapitre sur l'énergie et ses conversions : l'énergie électrique est convertie en énergie thermique.

Ce phénomène a une conséquence : la température d'un dipôle modifie sa résistance, et la résistance d'un dipôle dépend donc des conditions dans lesquelles il est utilisé. ⁵ La loi d'Ohm suppose que la résistance reste une caractéristique de l'objet, indépendante de la tension et de l'intensité, ce qui n'est vrai que dans certains cas. ⁵ En classe de 4e, on travaille avec des dipôles ohmiques, pour lesquels la loi s'applique de façon satisfaisante.