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Pourquoi les résistances ohmiques sont-elles fabriquées à partir de fils à double enroulement ? (A) Pour diminuer la résistance du fil. (B) Pour augmenter la résistance du fil. (C) Pour éviter l’auto-induction. Ou (D) les fils à double enroulement sont plus faciles à fabriquer.
Commençons par parler un peu de la fabrication des résistances ohmiques. Une résistance ohmique est une résistance qui obéit à la loi d’Ohm. Cela signifie que la différence de potentiel 𝑉 aux bornes d’une résistance ohmique est égale au courant traversant la résistance 𝐼 multiplié par la valeur de sa résistance 𝑅. Etant donné que plusieurs métaux obéissent assez bien à la loi d’Ohm, il est possible de fabriquer des résistances ohmiques à partir de fils métalliques.
Lorsque l’on étudie des électriques, on a souvent tendance à oublier que tous les fils normaux ont une résistance. Ainsi, tout fil ordinaire peut être considéré comme une résistance. On peut augmenter la valeur de la résistance d’un fil simplement en diminuant son diamètre ou en augmentant sa longueur. Cela signifie que les résistances sont souvent constituées de longs morceaux de fil.
Une façon pratique d’avoir une longue résistance filaire dans un petit espace est de l’enrouler. Et en fait, le fil est généralement enroulé autour d’un noyau de matériau non conducteur, ce qui nous donne quelque chose qui ressemble un peu à ceci. Ce que l’on a ici fonctionne parfaitement comme une résistance. Cependant, la fabrication de résistances à base de fil se fait souvent en enroulant d’abord le fil dans une direction comme celle-ci, puis en faisant une boucle et en le retournant ensuite dans l’autre sens pour que le fil soit enroulé dans les deux sens autour de la bobine. Une telle résistance peut être considérée comme bifilaire ou à double enroulement.
Ici, la question nous demande simplement, pourquoi cela ? Et bien, les réponses (A) et (B) suggèrent qu’enrouler le fil de cette façon modifie la résistance. La réponse (A) dit que le fil est enroulé deux fois afin de diminuer sa résistance, alors que la réponse (B) dit que ceci est fait pour augmenter la résistance. Cependant, la forme selon laquelle un fil est plié n’affecte pas sa résistance.
On peut rappeler que la résistance 𝑅 d’un fil de section uniforme est donnée par 𝑅 égale 𝜌𝐿 sur 𝐴, où 𝜌 est la résistivité du métal, 𝐿 est la longueur du fil et 𝐴 est sa surface de section. Dans des conditions normales, la résistivité d’un matériau est constante. Et la longueur et la surface du fil ne sont pas affectées par le processus d’enroulement. Cela signifie que la façon dont un fil est enroulé n’affecte pas sa résistance. On peut donc éliminer les réponses (A) et (B).
En regardant les autres propositions de réponse, on peut également voir qu’il y a un problème avec la réponse (D). Elle dit que les fils à double enroulement sont plus faciles à fabriquer. Mais comme on l’a vu, le double enroulement d’un fil implique son enroulement dans les deux sens, au lieu de simplement l’enrouler dans un sens. Or, en pratique, les fils à simple enroulement et les fils à double enroulement peuvent être produits par des machines. Donc, ce n’est pas nécessairement plus difficile. Mais il n’est certainement pas plus facile d’effectuer une double enroulement que d’enrouler le fil dans une seule direction. On peut donc également éliminer la réponse (D).
Cela nous laisse seulement avec la réponse (C), qui dit que l’on fabrique des résistances avec des fils à double enroulement afin d’éviter l’auto-induction. Ici, pour comprendre ce que cela signifie, il nous faut comprendre ce qu’est l’auto-induction.
Commençons par envisager une seule bobine de fil, également appelée solénoïde, qui transporte un courant 𝐼. Ici, comme un fil porteur de courant produit un champ magnétique autour de lui-même, on peut utiliser la règle du poing droit pour déterminer la direction du champ magnétique produit. Et dans ce cas, le résultat net est un champ magnétique 𝐵 qui va de droite à gauche à l’intérieur de la bobine.
Alternativement, on pourrait dire qu’une certaine quantité de flux magnétique, représenté par le symbole 𝜙 m, est créée à l’intérieur de la bobine. La quantité de flux magnétique que la bobine produit par unité de courant est appelée l’inductance de la bobine. Elle est exprimée par l’équation 𝐿 égale 𝜙 m sur 𝐼, où 𝐿 est l’inductance du solénoïde.
Jusqu’à présent tout va bien, mais considérons ce qui se passe lorsque le champ magnétique à travers le solénoïde change, par exemple, lorsque le courant à travers le solénoïde est allumé ou arrété. On sait qu’un champ magnétique variable induira une F.É.M. dans un conducteur. Cela est exprimé par la loi de Faraday, qui stipule que la puissance induite par une bobine est proportionnelle à la variation du flux magnétique au cours du temps. Cela signifie donc que si on envoie un courant dans un solénoïde, la variation résultante du champ magnétique induira elle-même une F.É.M. dans le solénoïde. Ce phénomène est connu sous le nom d’auto-induction. La bobine induit une F.É.M. en elle-même.
Aussi, il s’avère que la F.É.M. induite dans le solénoïde s’opposera en fait au courant existant. Cette règle importante est résumée par la loi de Lenz, qui nous dit que la direction de la F.É.M. induite par un conducteur s’opposera au changement qui l’a créé. Ainsi, pour un solénoïde, lorsque l’on commence à faire passer un courant à travers celui-ci, la production soudaine d’un champ magnétique induira un courant opposé dans les boucles de fil. De cette façon, une bobine de fil unique s’opposera naturellement aux changements de courant dus à l’auto-induction. Ce comportement n’est pas souhaité pour les résistances. Donc, les bobines de fil à enroulement simple ne sont pas adaptées à la fabrication des résistances.
Il s’avère qu’une façon plus efficace de fabriquer une résistance est d’enrouler le fil comme mentionné plus tôt. Comme les boucles alternées dans une résistance à double enroulement véhiculent du courant dans des directions opposées, cela signifie que les champs magnétiques produits par les boucles agissent les uns contre les autres et, pour la plupart, s’annulent. Le champ magnétique global produit par un fil à double enroulement est donc beaucoup, beaucoup plus petit que celui qui est produit par un fil à simple enroulement. Cela signifie que les effets de l’auto-induction sont pratiquement éliminés. Ainsi, un fil à double enroulement ne présente pas la même résistance aux variations de courant qu’un fil à simple enroulement.
Par conséquent, on peut déduire que la réponse(C) est la bonne réponse. Les résistances ohmiques sont fabriquées à partir de fils à double enroulement afin d’éviter l’auto-induction.
