Physique-chimie · 5ème · Organisation et transformations de la matière · 1er Trimestre

Résistance électrique et loi d'Ohm

Introduction à la notion de résistance électrique et à la loi d'Ohm.

• Programmes Officiels
• MEN: Cycle 4 - Résistance électrique
• MEN: Cycle 4 - Loi d'Ohm

À propos de ce thème

La résistance électrique et la loi d'Ohm complètent le triptyque des grandeurs fondamentales en électricité de 5ème. Les élèves découvrent qu'un composant résistif limite le courant dans un circuit et que la relation entre tension, intensité et résistance obéit à une loi mathématique simple : U = R × I. Cette loi permet de calculer n'importe laquelle des trois grandeurs si les deux autres sont connues.

Le programme du Cycle 4 introduit la résistance comme une propriété des matériaux et des composants. Les élèves mesurent la caractéristique d'un dipôle ohmique en traçant la courbe U = f(I), constatent qu'elle est une droite passant par l'origine et en déduisent la valeur de la résistance. Ce travail graphique est une compétence transversale mobilisée en mathématiques et en sciences.

Les travaux pratiques avec relevé de mesures, tracé de courbes et interprétation en binôme offrent un cadre actif idéal. Les élèves passent de la manipulation (circuit, multimètre) à la modélisation (graphique, formule), développant ainsi une compétence scientifique complète.

Questions clés

1. Comment la résistance électrique influence-t-elle le courant dans un circuit ?
2. Expliquez la loi d'Ohm et son application pour calculer la résistance, la tension ou l'intensité.
3. Analysez le rôle des résistances dans la protection des composants électroniques.

Objectifs d'apprentissage

• Calculer l'intensité du courant traversant un dipôle ohmique connaissant la tension à ses bornes et sa résistance.
• Expliquer la relation entre la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit électrique simple à l'aide de la loi d'Ohm.
• Identifier la résistance comme une propriété d'un composant limitant le passage du courant électrique.
• Comparer la résistance de différents matériaux conducteurs en réalisant des mesures expérimentales.

Avant de commencer

Courant électrique et tension

Pourquoi : Les élèves doivent avoir une compréhension de base de ce qu'est un circuit électrique, de la notion d'intensité et de tension avant d'aborder la résistance.

Matériaux conducteurs et isolants

Pourquoi : La notion de résistance est intrinsèquement liée à la capacité d'un matériau à laisser passer le courant, il est donc utile d'avoir déjà abordé cette distinction.

Vocabulaire clé

Résistance électrique	Propriété d'un matériau ou d'un composant qui s'oppose au passage du courant électrique. Elle se mesure en Ohms (Ω).
Loi d'Ohm	Relation mathématique qui lie la tension (U) aux bornes d'un conducteur ohmique, l'intensité (I) du courant qui le traverse et sa résistance (R). Elle s'écrit U = R × I.
Intensité du courant	Quantité de charge électrique qui traverse une section de conducteur par unité de temps. Elle se mesure en Ampères (A).
Tension électrique	Différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Elle se mesure en Volts (V).
Dipôle ohmique	Composant électrique dont la résistance est constante, quelle que soit la tension appliquée ou l'intensité du courant qui le traverse. Sa caractéristique U = f(I) est une droite passant par l'origine.

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

La résistance ralentit le courant comme un mur ralentit une balle.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La résistance ne ralentit pas les charges : elle limite le débit de charges (l'intensité) pour une tension donnée. L'analogie hydraulique (tuyau étroit qui réduit le débit sans ralentir les molécules d'eau individuelles) aide les élèves à reformuler correctement cette notion.

Idée reçue courante

La loi d'Ohm s'applique à tous les composants électriques.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La loi d'Ohm ne s'applique qu'aux conducteurs ohmiques dont la caractéristique U = f(I) est une droite passant par l'origine. Une lampe à incandescence, par exemple, ne suit pas cette loi car sa résistance varie avec la température. Tracer la caractéristique de différents dipôles en binôme met en évidence cette limite.

Idée reçue courante

Une résistance de valeur élevée empêche totalement le courant de passer.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Une résistance élevée réduit l'intensité mais ne l'annule pas (tant qu'elle n'est pas infinie). Pour une tension de 9 V et une résistance de 9000 Ω, il circule encore 1 mA. Le calcul en groupe avec différentes valeurs permet de comprendre la proportionnalité.

Idées d'apprentissage actif

TP : Tracer la caractéristique d'une résistance

Les binômes font varier la tension aux bornes d'une résistance et mesurent l'intensité correspondante. Ils reportent les points sur un graphique, tracent la droite et calculent la pente pour trouver la valeur de R. Chaque binôme travaille avec une résistance différente pour comparer.

35 min·Binômes

Défi calcul : Qui protège le composant ?

Les groupes reçoivent un scénario : une LED qui supporte au maximum 20 mA sous 2 V alimentée par une pile de 9 V. Ils doivent calculer la résistance de protection nécessaire avec la loi d'Ohm et la vérifier expérimentalement.

25 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Code couleur des résistances

Chaque élève décode la valeur d'une résistance à partir de ses anneaux de couleur. En binôme, ils vérifient avec un ohmmètre. La classe compile les résultats pour repérer les erreurs de lecture les plus fréquentes.

15 min·Binômes

Analogie active : La résistance hydraulique

Le professeur fait circuler de l'eau dans des tuyaux de diamètres différents. Les élèves observent que le débit diminue avec un tuyau plus étroit. Ils font le parallèle avec la résistance électrique qui limite le courant, puis formalisent l'analogie par écrit.

20 min·Classe entière

Liens avec le monde réel

• Les ingénieurs concepteurs de smartphones utilisent des résistances de précision pour protéger les circuits sensibles des surtensions et réguler le courant alimentant les différents composants, assurant ainsi la longévité de l'appareil.
• Dans l'industrie automobile, les techniciens vérifient la valeur des résistances dans le système d'éclairage pour s'assurer que les ampoules ne grillent pas prématurément et que le courant est correctement réparti.
• Les électriciens installent des résistances chauffantes dans les radiateurs électriques pour convertir l'énergie électrique en chaleur, en ajustant leur valeur pour obtenir la puissance de chauffe désirée.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Sur une fiche, demandez aux élèves de calculer la résistance d'une ampoule sachant que la tension à ses bornes est de 6V et l'intensité du courant est de 0,5A. Posez ensuite la question : 'Que se passerait-il si la résistance de l'ampoule était deux fois plus faible ?'

Vérification rapide

Présentez un schéma de circuit simple avec une pile, une ampoule et un interrupteur. Demandez aux élèves d'identifier où se trouve la résistance (l'ampoule) et d'expliquer son rôle. Puis, posez la question : 'Si on double la tension de la pile, comment évolue l'intensité du courant dans l'ampoule, en supposant qu'elle est ohmique ?'

Question de discussion

Lancez une discussion en classe : 'Pourquoi est-il important de connaître la loi d'Ohm pour réparer un appareil électronique ? Donnez un exemple concret où une mauvaise valeur de résistance pourrait causer un problème.'

Questions fréquentes

Qu'est-ce que la loi d'Ohm et comment l'utiliser ?

La loi d'Ohm relie la tension U (en volts), l'intensité I (en ampères) et la résistance R (en ohms) par la formule U = R × I. Pour trouver une grandeur inconnue, on réarrange : R = U/I ou I = U/R. Cette loi s'applique aux conducteurs ohmiques (résistances, fils métalliques) mais pas à tous les dipôles.

Comment lire la valeur d'une résistance avec le code couleur ?

Les anneaux colorés sur une résistance indiquent sa valeur. Pour une résistance à 4 anneaux : les deux premiers donnent les chiffres significatifs, le troisième le multiplicateur et le quatrième la tolérance. Par exemple, marron-noir-rouge-or signifie 10 × 100 = 1000 Ω (1 kΩ) avec ±5 % de tolérance.

Pourquoi met-on une résistance devant une LED ?

Une LED est un composant fragile qui grille si le courant qui la traverse est trop fort. La résistance placée en série limite l'intensité à une valeur supportable par la LED. Sa valeur se calcule avec la loi d'Ohm : R = (U_alimentation - U_LED) / I_max_LED.

Comment l'apprentissage actif aide-t-il à comprendre la loi d'Ohm ?

Le tracé expérimental de la caractéristique U = f(I) permet aux élèves de découvrir la proportionnalité par eux-mêmes plutôt que de recevoir la formule toute faite. Le passage de la mesure au graphique puis à la formule mathématique construit une compréhension en trois étapes qui mobilise manipulation, visualisation et abstraction.