Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre ce qu’est la résistance électrique et comment elle influence la circulation de la charge dans un circuit.
La résistance électrique, souvent appelée « résistance », s’oppose à la circulation de la charge. La résistance électrique d’un composant ou d’un objet décrit le degré de difficulté rencontré par les électrons afin de le traverser.
Pour illustrer la résistance électrique, imaginons que l’on ait deux tiges de métal identiques, mais l’une est en cuivre et l’autre en fer. Les tiges sont chacune connectées à une pile identique, comme indiqué sur le schéma ci-dessous, chaque pile créant une différence de potentiel de 1 V aux bornes de chaque barre.
Dans ce cas, on constate que le courant dans la barre de fer est beaucoup plus faible, bien que chaque barre ait la même différence de potentiel entre ses extrémités. Il semble qu’il soit plus difficile pour les électrons de se déplacer à travers la barre de fer qu’à travers la barre de cuivre. On peut décrire ce phénomène en affirmant que la barre de fer a une résistance électrique plus élevée que la barre de cuivre.
Lorsque la charge traverse un objet ayant une résistance, l’énergie électrique est dissipée sous forme d’énergie thermique. C’est pourquoi des courants très élevés peuvent provoquer une surchauffe des fils et des composants électriques.
La résistance électrique a pour unité les ohms. Ceux-ci sont représentés par le symbole Ω , qui est la lettre majuscule grecque « omega ». Dans les équations en physique, la résistance est représentée par le symbole . Ainsi, par exemple, si un objet a une résistance de 5 ohms , on peut écrire ce qui signifie « la résistance est égale à 5 ohms ».
La résistance d’un morceau de matériau solide (tel qu’un bloc de métal ou un fil métallique) dépend en partie de sa forme et en partie des propriétés du matériau à partir duquel il est fabriqué.
Considérons la barre de cuivre citée dans l’exemple précédent. Si on la compare à une barre de cuivre ayant un plus grand diamètre, comme dans la figure suivante, on déduira que la barre ayant le plus grand diamètre a une résistance plus petite. Ainsi, dans ces circuits, on déduit que la tige ayant un diamètre plus élevé est traversée par un courant plus élevé que la tige plus mince.
Si on compare la barre de cuivre d’origine avec une barre de cuivre qui a le même diamètre mais une plus grande longueur, comme dans la figure suivante, on s’apercevra que la barre la plus longue a une résistance plus élevée. Ainsi, dans ces circuits, on déduit que la tige la plus longue est traversée par un courant plus faible que la tige la plus courte.
Exemple 1: Comparer les résistances électriques de fils de différentes longueurs
Tout fil a une certaine résistance. Soient deux fils identiques de longueurs inégales. Laquelle des propositions suivantes est correcte ?
- Le fil de plus grande longueur a la plus grande résistance.
- Le fil de plus grande longueur a la plus faible résistance.
- Les deux fils ont la même résistance.
Réponse
Dans cette question, on nous demande de comparer les résistances de deux fils de longueurs différentes mais qui sont identiques de tout autre point de vue. Pour répondre à cette question, il nous faut savoir que la résistance d’un morceau de matériau est déterminée en partie par sa forme. Puisqu’un fil est essentiellement une pièce de métal longue et mince, cela signifie que la résistance d’un fil est influencée par sa forme.
La résistance électrique est une mesure de l’opposition à la circulation du courant. Regardons alors ce qui se passerait si du courant circulait dans chaque fil.
La question indique que tout fil a une certaine résistance, ainsi, les électrons de chaque fil vont rencontrer une opposition à leur mouvement lorsqu’ils vont se déplacer dans les fils. Étant donné qu’un électron passant à travers un long fil devra passer à travers plus de fil qu’un électron passant à travers un fil court, cela signifie que les fils plus longs ont plus de résistance que les fils courts. Ainsi, la bonne réponse à la question est la proposition A : le fil de plus grande longueur a la plus grande résistance.
La résistance électrique joue un rôle important dans les circuits. Lors de la conception de circuits, on utilise la résistance pour contrôler la circulation de la charge. Pour ce faire, on utilise des composants appelés résistances. Les résistances sont simplement des composants qui ont une résistance électrique - elles n’ont aucune autre fonction.
Lorsque l’on dessine des schémas de circuit, les résistances sont représentées par un zigzag comme ceci :
Le schéma ci-dessous illustre une résistance dans un circuit comportant une pile.
Tous les objets, y compris les composants électriques, ont une résistance. Cela signifie que de nombreux composants agissent de la même manière que les résistances d’un circuit. Une ampoule avec une résistance de 5 Ω , par exemple, agit exactement comme une résistance ayant une valeur de 5 Ω. La différence est simplement que l’ampoule émet aussi de la lumière !
On peut mesurer la résistance d’un composant en utilisant un appareil appelé un ohmmètre. Le diagramme ci-dessous montre comment un ohmmètre doit être connecté à une résistance pour mesurer sa valeur.
Il existe un type particulier de résistance appelée résistance variable. La valeur d’une résistance variable peut être modifiée, souvent en tournant un bouton ou en utilisant un curseur. Le symbole électrique d’une résistance variable est le même que le symbole pour une résistance standard, mais en ajoutant une flèche diagonale en travers comme illustré ci-dessous.
Exemple 2: Identifier les résistances variables dans un schéma électrique
Le schéma ci-dessous illustre un circuit électrique. Combien y a-t-il de résistances variables dans le circuit ?
Réponse
Dans cette question, il nous faut identifier combien de résistances variables le circuit électrique contient ci-dessus. Comme on peut le remarquer, ce schéma est assez compliqué et contient de nombreux composants différents, y compris des composants que l’on n’a peut-être jamais vus auparavant !
Cependant, pour répondre à cette question, il suffit de savoir que le symbole d’une résistance variable ressemble à ceci :
En regardant le schéma électrique donné dans la question, on observe que ce symbole apparaît en trois endroits.
Ainsi on conclut que le schéma électrique contient trois résistances variables.
Bien que tous les objets aient une résistance, certains composants électriques ont des résistances si petites que l’on peut considérer leur résistance comme nulle dans le circuit. Deux exemples courants incluent les fils et les piles. Même si l’on sait que ces composants ont bel et bien une résistance, on suppose presque toujours que ces composants ont une résistance nulle lorsque l’on souhaite analyser des circuits électriques. Cela rend les choses beaucoup plus faciles !
En pratique, la valeur du courant circulant dans un composant est déterminée par deux éléments : la différence de potentiel aux bornes du composant et la résistance du composant.
L’augmentation de la tension et l’augmentation de la résistance ont des effets opposés sur le courant. L’augmentation de la différence de potentiel aux bornes d’un composant augmentera le courant. Mais l’augmentation de la résistance du composant s’opposera à la circulation de la charge et diminuera donc le courant.
Le courant, la différence de potentiel et la résistance sont trois concepts très importants en électricité. Les unités utilisées pour chacune de ces quantités ( ampères , volts , et ohms ) sont équilibrées de sorte qu’une différence de potentiel de 1 V à travers un composant ayant une résistance de 1 Ω produira un courant d’exactement 1 A.
Exemple 3: Déterminer la résistance d’un composant à partir de la différence de potentiel et du courant
Le schéma ci-dessous illustre un circuit électrique composé d’une pile et d’une ampoule. Si la différence de potentiel aux bornes de l’ampoule est égale à 1 volt et le courant à travers l’ampoule est de 1 ampère , quelle est la résistance de l’ampoule ?
Réponse
Sur le schéma électrique, on observe une ampoule reliée à une pile. Dans le circuit, la pile applique une différence de potentiel aux bornes de l’ampoule, ce qui fait que celle-ci est traversée par une charge. Cela a pour effet d’allumer l’ampoule.
La vitesse à laquelle la charge passe à travers l’ampoule, c’est-à-dire le courant, est déterminée par deux choses : la différence de potentiel aux bornes de l’ampoule et la résistance de l’ampoule. La différence de potentiel à travers l’ampoule décrit à quel point les électrons sont « poussés » à travers l’ampoule, tandis que la résistance de l’ampoule décrit à quel point l’ampoule s’oppose à ce mouvement des électrons.
Les unités utilisées pour mesurer le courant, la différence de potentiel et la résistance sont « équilibrées » de sorte qu’une différence de potentiel de 1 V à travers un composant ayant une résistance de 1 Ω produira un courant d’exactement 1 A. Comme on nous dit dans la question que l’ampoule a une différence de potentiel de 1 volt à ses bornes et est traversée par un courant de 1 ampère, cela signifie que sa résistance doit être exactement de 1 ohm.
Points clés
- La résistance électrique (ou simplement « résistance ») s’oppose à la circulation de la charge. La résistance électrique est mesurée en ohms , représentée par le symbole Ω. Dans les équations, la résistance est représentée par le symbole .
- Les résistances sont des composants ayant une résistance électrique. Le symbole suivant est utilisé pour représenter une résistance sur un schéma électrique.
- Les résistances variables sont un type particulier de résistance dont la valeur peut être modifiée. Le symbole suivant est utilisé pour représenter une résistance variable dans un schéma de circuit.
- Tous les objets ont une résistance. Cependant, pour simplifier l’analyse des circuits, on suppose généralement que les fils et les piles contenus dans les schémas électriques ne présentent pas de résistance. Appliquer une différence de potentiel de 1 V sur un composant avec une résistance de 1 Ω produit un courant d’exactement 1 A à travers le composant.
