Les récepteurs passifs (1) : la loi d'Ohm
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• distinguer un dipôle actif d'un dipôle passif ;
• tracer point par point la caractéristique intensité-tension d'un dipôle ;
• reconnaître un conducteur ohmique (résistor) à sa caractéristique et appliquer la loi d'Ohm ;
• déterminer une résistance à l'ohmmètre, par la mesure de U et I ou avec le code des couleurs ;
• calculer la puissance dissipée par effet Joule dans un résistor.
Prérequis : tension, intensité, puissance P = U.I, résistance et ohmmètre.
Situation de départ
Ouvrez un vieux poste de radio ou une télécommande : la carte électronique est couverte de petits cylindres marqués d'anneaux de couleur. Les électroniciens les appellent des « résistances ». Ont-ils le même rôle que la « résistance » chauffante d'un sèche-cheveux ? Comment savoir ce qu'ils valent ?
I. Les dipôles électriques
Un dipôle est un appareil, un composant ou un montage qui possède deux bornes. Il est élémentaire s'il comporte un seul composant (lampe, diode, résistor), composé s'il en comporte plusieurs (guirlande, sèche-cheveux).
Branchons un voltmètre seul aux bornes de divers dipôles :
• une pile, une batterie, une photopile éclairée ou une dynamo qui tourne font apparaître une tension : ce sont des dipôles actifs (tous les générateurs le sont) ;
• une lampe, une diode, un résistor ou un rhéostat seuls ne font apparaître aucune tension : ce sont des dipôles passifs.
Tous les récepteurs ne sont pas passifs : le moteur et l'électrolyseur sont des récepteurs actifs (chapitre 5).
II. La caractéristique d'un dipôle
1. Point de fonctionnement
Pour un dipôle D branché entre les points A et B d'un circuit, on mesure la tension UAB avec un voltmètre en dérivation, et l'intensité I avec un ampèremètre en série. Un rhéostat (ou une alimentation réglable) permet de faire varier I et U.
Le point de fonctionnement d'un dipôle est le couple de valeurs (I, U) de l'intensité qui le traverse et de la tension entre ses bornes, dans un état de fonctionnement donné.
2. Caractéristique intensité-tension
En déplaçant le curseur du rhéostat, on obtient une série de points de fonctionnement ; refaites dans les mêmes conditions, les mesures redonnent les mêmes points : il existe une relation U = f(I) propre au dipôle. On retourne ensuite le dipôle : le courant le traverse de B vers A, et l'on compte I et U négativement.
Mesures pour une lampe 6 V - 0,5 A
| I (A) | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 |
|---|---|---|---|---|---|
| U (V) | 0,41 | 1,30 | 2,56 | 4,14 | 6,00 |
La caractéristique intensité-tension d'un dipôle est la courbe U = f(I) qui joint ses points de fonctionnement. Si l'on porte U en abscisse et I en ordonnée, la courbe I = g(U) est la caractéristique tension-intensité. La caractéristique d'un dipôle passif passe par l'origine.
Chaque dipôle a des valeurs maximales (intensité, tension ou puissance) indiquées par le fabricant : on ne les dépasse jamais pendant les mesures.
3. Dipôles symétriques et diode
• La lampe, le fil résistant et la varistance ont des caractéristiques symétriques par rapport à l'origine : le sens du courant ne change rien à leur fonctionnement, ce sont des dipôles symétriques.
• La diode est non symétrique. Dans le sens passant (anode du côté de la borne + du générateur), elle conduit très bien dès que la tension dépasse environ 0,6 V ; dans le sens bloquant, elle ne laisse passer qu'un courant de quelques microampères.
Une diode idéale a une résistance nulle dans le sens passant et infinie dans le sens bloquant : elle se comporte comme un interrupteur fermé dans un sens et ouvert dans l'autre.
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