Loi d’Ohm et résistance

Ce que dit la loi d’Ohm

Aux bornes d’un conducteur ohmique, la tension U (en volts) et l’intensité I du courant qui le traverse (en ampères) sont proportionnelles :

U = R × I

La constante R est la résistance du conducteur, en ohms (Ω). Elle ne dépend pas de la tension appliquée : si l’on double U, I double aussi, et le rapport U / I ne bouge pas.

D’où vient la résistance d’un fil

Pour un fil homogène de longueur L et de section S, la résistance s’écrit :

R = ρ × L / S

• ρ (rhô) est la résistivité du métal : très faible pour le cuivre et l’aluminium, plus grande pour le fer, bien plus grande pour les alliages de chauffage (nichrome).
• Un fil deux fois plus long a une résistance deux fois plus grande.
• Un fil deux fois plus épais en diamètre a une section quatre fois plus grande, donc une résistance quatre fois plus petite.

Lire un graphique U = f(I)

Si l’on reporte les couples (I, U) mesurés, les points s’alignent sur une droite qui passe par l’origine. Sa pente est la résistance : plus la droite est raide, plus R est grande. C’est la façon la plus sûre de vérifier qu’un composant suit la loi d’Ohm.

Ce que la simulation ne montre pas

Un vrai fil chauffe quand le courant passe : sa résistance augmente un peu avec la température. La simulation garde la température constante pour isoler la loi d’Ohm ; c’est une simplification, à dire aux élèves.

Matériel (dans la simulation)

Un générateur de tension réglable, un fil conducteur dont on choisit le métal, la longueur et le diamètre, un voltmètre branché aux bornes du fil, un ampèremètre en série.

Étapes

1. Réglez le fil : cuivre, 10 cm, 0,2 mm de diamètre. Mettez la tension à 2 V.
2. Lisez U et I sur les appareils, puis appuyez sur Noter la mesure : la ligne s’ajoute au carnet.
3. Répétez pour 4 V, 6 V, 8 V. À chaque fois, calculez U / I de tête avant de lire la valeur de R.
4. Changez la longueur (20 cm, puis 30 cm) à tension fixe : que fait l’intensité ?
5. Changez le diamètre (0,4 mm) : comparez avec le fil de 0,2 mm.
6. Changez le métal, tout le reste égal : classez les métaux du plus au moins conducteur.
7. Ouvrez l’écran Graphique : vérifiez que vos points s’alignent, et lisez la pente.

Ce qu’il faut noter

Pour chaque mesure : le fil (métal, longueur, diamètre), U, I et R = U / I. Le carnet de mesures le fait pour vous ; vous pouvez l’exporter en CSV ou, avec un compte BEFREE Academy, l’enregistrer.

Pièges fréquents

• Lire l’intensité en milliampères et la tension en volts, puis mélanger les unités dans le calcul.
• Comparer deux fils en ayant changé deux paramètres à la fois : ne changez qu’une chose entre deux mesures.

Place dans la progression

Après la mesure des tensions et des intensités dans un circuit série, avant l’étude de la puissance électrique. Une séance de 45 minutes suffit : 10 minutes de découverte libre, 25 minutes de protocole, 10 minutes de mise en commun.

Déroulé proposé

1. Au tableau (vidéoprojecteur ou téléphone partagé) : lancer la simulation, demander « que va faire l’intensité si je double la tension ? », puis vérifier.
2. Par binômes, sur téléphone : suivre le protocole et remplir le carnet de mesures.
3. Mise en commun : chaque binôme donne sa pente ; comparer les valeurs, discuter des écarts (lecture, arrondis).
4. Trace écrite : la loi d’Ohm, la formule de la résistance d’un fil, un graphique.

Sans réseau

Après un premier chargement, la simulation reste disponible hors connexion sur l’appareil qui l’a ouverte. Pour une salle sans connexion, ouvrir la simulation sur chaque téléphone la veille, ou télécharger l’archive quand elle est proposée sur la fiche.

Évaluation

Avec un compte BEFREE Academy, les élèves répondent à cinq questions après la séance ; l’enseignant voit les résultats dans BEFREE Academy. Sans compte, les trois pistes d’exploration de la fiche servent de questions orales.

À fournir par l’équipe

[Fiche d’activité imprimable (PDF) et corrigé : à rédiger et à déposer, puis renseigner « ficheEnseignant » dans le fichier des simulations.]