Physique-chimie · Première · Électricité et circuits · 3e Trimestre

Conducteurs ohmiques et loi d'Ohm

Les élèves étudient la relation entre tension et intensité pour un conducteur ohmique.

• Programmes Officiels
• EDNAT.PC.603

À propos de ce thème

La loi d'Ohm etablit une relation de proportionnalite entre la tension U aux bornes d'un conducteur ohmique et l'intensite I qui le traverse : U = R x I, ou R est la resistance en ohms. Cette loi, verifiable experimentalement, est le fondement du dimensionnement de tout circuit electrique. Un conducteur ohmique est un dipole dont la caracteristique tension-intensite est une droite passant par l'origine.

Le programme de l'Education Nationale demande aux eleves de tracer experimentalement la caracteristique U(I) d'un conducteur ohmique, de verifier la linearite et de determiner la resistance par la pente de la droite. Ce travail experimental mobilise les competences de mesure (amperemetre, voltmetre) et d'analyse graphique.

La manipulation directe est ici essentielle. En faisant varier la tension et en mesurant le courant resultant, les eleves construisent eux-memes la relation lineaire au lieu de la recevoir comme un fait. Le passage du tableau de mesures au graphique, puis a la formule, suit le cheminement naturel de la demarche scientifique.

Questions clés

1. Comment la loi d'Ohm relie-t-elle la tension, l'intensité et la résistance?
2. Expliquez la signification de la résistance électrique.
3. Calculez la résistance d'un conducteur ohmique à partir de mesures.

Objectifs d'apprentissage

• Calculer la résistance d'un conducteur ohmique à partir de mesures de tension et d'intensité.
• Analyser la caractéristique tension-intensité U(I) d'un conducteur ohmique pour en déduire sa linéarité.
• Expliquer la relation de proportionnalité entre la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit simple.
• Identifier un conducteur ohmique par l'étude de sa caractéristique U(I).

Avant de commencer

Notions de base sur les circuits électriques

Pourquoi : Les élèves doivent connaître les concepts de base de circuit, de courant et de tension avant d'aborder la loi d'Ohm.

Utilisation des appareils de mesure (Voltmètre, Ampèremètre)

Pourquoi : La détermination expérimentale de la loi d'Ohm nécessite de savoir utiliser correctement ces instruments.

Vocabulaire clé

Conducteur ohmique	Un dipôle dont la résistance électrique est constante, indépendamment de la tension appliquée et de l'intensité du courant qui le traverse. Sa caractéristique U(I) est une droite passant par l'origine.
Résistance électrique	L'opposition d'un matériau au passage du courant électrique. Elle se mesure en Ohms (Ω).
Tension électrique	La différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit. Elle se mesure en Volts (V).
Intensité du courant	Le débit de charges électriques dans un conducteur. Elle se mesure en Ampères (A).

Attention à ces idées reçues

Idée reçue courante

La loi d'Ohm s'applique a tous les composants electriques.

Ce qu'il faut enseigner à la place

La loi d'Ohm ne s'applique qu'aux conducteurs ohmiques, dont la caracteristique U(I) est une droite passant par l'origine. Les lampes a incandescence, les diodes et les thermistances ne sont pas ohmiques. Tracer experimentalement la caracteristique de ces composants aide les eleves a identifier concretement les limites de la loi.

Idée reçue courante

La resistance d'un conducteur depend de la tension qu'on lui applique.

Ce qu'il faut enseigner à la place

Pour un conducteur ohmique, la resistance est une propriete intrinseque qui depend du materiau, de la longueur et de la section, pas de la tension ni du courant. C'est justement ce qui rend la caractistique lineaire. Les mesures a differentes tensions montrent que le rapport U/I reste constant.

Idée reçue courante

Un conducteur de faible resistance laisse passer peu de courant.

Ce qu'il faut enseigner à la place

C'est l'inverse : une faible resistance favorise le passage du courant a tension donnee. La formule I = U/R montre que l'intensite est inversement proportionnelle a la resistance. Les activites de calcul en binome avec des valeurs variees ancrent cette relation.

Idées d'apprentissage actif

Cercle de recherche: Caracteristique mystere

Chaque groupe recoit un composant non identifie (resistance, lampe, diode). En tracant la caracteristique U(I) par mesures successives, les eleves determinent si le composant est ohmique ou non. La comparaison entre groupes revele les differences de comportement.

45 min·Petits groupes

Penser-Partager-Présenter: Predire avant de mesurer

L'enseignant donne une resistance et une tension. Chaque eleve calcule seul l'intensite attendue, puis compare avec son voisin. Le circuit est ensuite cable et mesure. Les ecarts entre prediction et mesure sont discutes (precision des composants, resistance des fils).

20 min·Binômes

Enseignement par les pairs: Lire un graphique U(I)

Un eleve presente a son partenaire un graphique U(I) et explique comment en extraire la resistance. Le partenaire doit ensuite trouver la resistance sur un graphique different et expliquer pourquoi une droite qui ne passe pas par l'origine indique un composant non ohmique.

15 min·Binômes

Galerie marchande: Resistances du quotidien

Des postes presentent differents conducteurs ohmiques (fil de nickel-chrome, graphite, potentiometre) avec leurs mesures. Les groupes circulent, calculent la resistance de chaque materiau et classent les conducteurs du meilleur au plus mauvais. La synthese aborde les facteurs influencant la resistance.

30 min·Petits groupes

Liens avec le monde réel

• Les ingénieurs électriciens utilisent la loi d'Ohm pour dimensionner les composants de circuits électroniques, comme les résistances dans une carte mère d'ordinateur, afin de contrôler le flux de courant et éviter la surchauffe.
• Les techniciens de maintenance en éclairage public vérifient la résistance des ampoules et des câbles avec des multimètres pour s'assurer que l'intensité du courant reste dans les limites de sécurité et que l'éclairage fonctionne correctement.

Idées d'évaluation

Billet de sortie

Distribuez une fiche avec un tableau de mesures U et I pour un conducteur inconnu. Demandez aux élèves de calculer la résistance et de tracer la caractéristique U(I) sur un graphique fourni. Une phrase expliquant si le conducteur est ohmique ou non est attendue.

Vérification rapide

Posez la question suivante : 'Si je double la tension aux bornes d'un conducteur ohmique, qu'arrive-t-il à l'intensité qui le traverse ?' Attendez des réponses basées sur la proportionnalité et la loi d'Ohm.

Question de discussion

Présentez deux graphiques U(I) : l'un représentant un conducteur ohmique, l'autre non. Demandez aux élèves : 'Comment distinguer ces deux types de conducteurs sur leur graphique ? Quelle est la principale différence physique que cela implique ?'

Questions fréquentes

Comment calculer la resistance avec la loi d'Ohm ?

La resistance R se calcule en divisant la tension U (en volts) par l'intensite I (en amperes) : R = U/I. Experimentalement, on mesure U et I pour plusieurs valeurs et on trace la caracteristique U(I). Si la courbe est une droite passant par l'origine, le composant est ohmique et la pente donne directement la resistance en ohms.

Pourquoi une lampe a incandescence ne suit-elle pas la loi d'Ohm ?

Le filament d'une lampe chauffe quand le courant augmente, ce qui modifie sa resistance. La resistance n'est donc pas constante : elle augmente avec la temperature. La caracteristique U(I) n'est plus une droite mais une courbe. Le composant n'est pas ohmique car la proportionnalite entre U et I n'est pas respectee.

Qu'est-ce qu'un conducteur ohmique ?

Un conducteur ohmique est un dipole pour lequel la tension a ses bornes est proportionnelle a l'intensite qui le traverse. Sa caracteristique U(I) est une droite passant par l'origine dont la pente vaut R. Les resistances utilisees en electronique sont des conducteurs ohmiques. Les metaux a temperature constante s'en approchent egalement.

Comment verifier la loi d'Ohm en classe avec des methodes actives ?

Les eleves cablent un circuit avec un conducteur ohmique, un amperemetre et un voltmetre. En faisant varier la tension du generateur, ils relevent plusieurs couples (U, I) et tracent le graphique. Le travail en groupe sur des composants differents, suivi d'une mise en commun, permet de distinguer les conducteurs ohmiques des non-ohmiques par l'observation directe.