À propos de cette expérience
Construis le circuit classique de la loi d’Ohm : une pile, un interrupteur, un ampèremètre monté en série et un voltmètre branché en parallèle aux bornes du composant. Modifie la tension d’alimentation, note chaque paire de mesures et trace la caractéristique courant-tension. Une résistance fixe donne une droite passant par l’origine, tandis qu’une ampoule à filament donne une courbe, car sa résistance augmente lorsqu’elle chauffe.
Objectifs pédagogiques
- Branche un ampèremètre en série et un voltmètre en parallèle aux bornes d’un composant
- Montre que l’intensité du courant traversant une résistance fixe est proportionnelle à la tension à ses bornes
- Calcule la résistance à partir des mesures des appareils avec R = V / I
- Explique pourquoi une ampoule à filament ne vérifie pas la loi d’Ohm
Comment l’utiliser
- 1Garde la résistance fixe réglée sur 20 Ω. Règle l’alimentation sur 0 V et appuie sur « Enregistrer la mesure ».
- 2Augmente la tension par pas de 1 ou 2 V et enregistre une mesure à chaque étape.
- 3Compare les points avec une droite passant par l’origine, puis modifie la résistance et relève un deuxième jeu de mesures.
- 4Passe à l’ampoule à filament, répète les mesures et compare la forme du graphique.
Le modèle
Hypothèses
- La pile n’a pas de résistance interne ; le voltmètre indique donc la tension d’alimentation totale lorsque l’interrupteur est fermé.
- L’ampèremètre a une résistance nulle et le voltmètre ne prélève aucun courant.
- La résistance fixe reste à température constante. La courbe de l’ampoule est un ajustement empirique pour une petite lampe à filament de tungstène.
- Les points en mouvement indiquent le sens du flux de charges. Leur vitesse est exagérée, mais reste proportionnelle à l’intensité du courant.
À essayer en classe
- Q1Double la tension aux bornes de la résistance de 20 Ω. Que devient l’intensité du courant ?
- Q2Deux résistances donnent deux droites. Quelle droite correspond à la résistance la plus élevée, et comment peux-tu le déterminer à partir de la pente ?
- Q3Ouvre l’interrupteur. Pourquoi les deux appareils de mesure indiquent-ils zéro alors que la pile a encore une tension ?
- Q4Utilise les mesures de l’ampoule pour calculer R à 1 V et à 12 V. Pourquoi les valeurs sont-elles si différentes ?
Foire aux questions
Que dit réellement la loi d’Ohm ?
Pour un conducteur métallique maintenu à température constante, l’intensité du courant est directement proportionnelle à la différence de potentiel à ses bornes. Le rapport constant V / I correspond à sa résistance.
Pourquoi l’ampèremètre est-il monté en série et le voltmètre en parallèle ?
Un ampèremètre mesure la charge qui traverse un point ; tout le courant doit donc le traverser. Un voltmètre compare l’énergie par unité de charge en deux points ; il se branche donc aux bornes du composant.
L’ampoule à filament est-elle une résistance cassée ?
Non. Elle vérifie toujours R = V / I en chaque point, mais sa résistance varie avec la température ; sa caractéristique I-V est donc une courbe plutôt qu’une droite. Les composants de ce type sont dits non ohmiques.
Pourquoi les électrons se déplacent-ils dans le sens opposé aux flèches du courant ?
Le sens conventionnel du courant a été défini comme le flux de charges positives avant la découverte des électrons. Dans les fils métalliques, les porteurs de charge sont les électrons, qui se déplacent de la borne négative vers la borne positive.