LA RESISTANCE

 

 

Les Resistances

1.1. Description

La résistance ( Résistor) est l'élément le plus simple, très utilisé en électronique.

C'est un composant dit passif , il conduit l'électricité avec un effet résistif :

C'est à dire qu'il limite le passage du courant à une certaine valeur

Il est bidirectionnel , il n' y a pas de sens obligatoire du passage du courant .

1. 2. Unité

L'unité de mesure de résistance est l'Ohm :

La valeur d'une résistance R s'échelonne d'une fraction d'ohm à quelques mégohms :

1.3. Formules

La loi d'Ohm se traduit par la relation 

R étant la résistance exprimée en ohms qui caractérise ce conducteur.

1.4. Effet résistif

Il convient de noter que la dégradation d'énergie en forme thermique est un phénomène général en physique, phénomène décrit par la thermodynamique. En électricité, si on place une tension aux bornes d'un conducteur, il advient un courant. La dissipation d'énergie se manifeste par un échauffement et une chute de potentiel le long du conducteur ; il y a conversion d'énergie électrostatique (contenue dans le générateur par exemple) en énergie thermique (échauffement par effet Joules).

Lorsqu'on branche un conducteur à une tension donnée, il résulte un courant, dont l'intensité dépend de la résistance du conducteur à son passage.

Le courant I mesuré en ampères est égal à la quantité d'électricité mesurée en coulombs qui passe par seconde dans le conducteur.

La résistance d?un corps dépend de sa nature par sa résistivité (qui n?est autre que sa faculté à s?opposer au passage des électrons) et de ses dimensions (longueur et section). La relation donnant la résistance R d?un cylindre de section constante (mais de forme quelconque) .

1. 5. Loi de Joule

La loi de Joule donne la valeur de l'énergie thermique W dégagée durant le temps t dans le conducteur par la relation

W = RI²t en Watts

1. 6. Calcul de la valeur résultante de résistances combinées

Résistances en série

= = >

R = R1 + R2

Exemple : 100 + 910 = 1010 = 1,01 K Ohms

Résistances en parallèles :

= = >

  1.7. Valeurs

La valeur d'une résistance est déterminée par un code de couleur :

Comment repérer les anneaux ?

Le premier anneau est celui qui est le plus proche du bord. Les deux premiers anneaux sont toujours les chiffres significatifs. La série E96 possède 3 chiffres significatifs (tolérance de 1% oblige), les 3 premiers anneaux sont donc les chiffres significatifs. L'anneau suivant est le multiplicateur (le 3ème pour la série E24 et le 4ème pour la série E96), puis vient l'anneau indiquant la tolérance (marron, 1% pour la série E96). Il peux exister un autre anneau donnant le coefficient de stabilité en température, bien entendu, uniquement dans le cas des résistances de précision.

Les résistances les plus utilisé pour les amateurs sont les résistances à 5% , avec 3 anneaux plus l' anneau de tolérance .

Il existe des séries de résistances normalisées. E 6 , E 12 , E 24 , E 48 , E 96 , E 192 le chiffre indique le nombre de valeurs possible par série .

Par exemple pour la série E 24 : 24 valeurs =>
10,11,12,13,15,16,18,20,22,24,27,30,
33,36,39,43,47,51,56,62,68,75,82,91.

La série E12 , E24 , E 48 sont les plus courantes.

Les valeurs des résistances vont de 1 ohm à 10 Mohm pour des puissances de 1/2 W ou 1/4 W alors que pour des puissances de 3 ou 5W les valeurs partent de 0,1 ohm à 10 Kohm. La valeur est alors généralement indiqué en clair .

Maintenant le moyen mnémotechnique pour retenir le code des couleurs. Il suffit de se souvenir de la phrase :

Ne manger rien ou jeûner, voila bien votre grande bêtise...  Une simple phrase. Reste à ne pas confondre le vert avec le violet, le bleu avec le blanc. Ce n'est pas compliqué, vous ne trouverez pas la résistance, car la valeur obtenue en intervertissant les couleurs ne figure pas dans la série E12. Il faut ajouter à ces couleurs l'or et l'argent. Utilisés comme multiplicateurs, ils permettent la représentation des faibles valeurs de résistance.

  2.1. Composition

En électronique, elle résistance agglomérée

Les résistances à couches de carbone se font par pyrolyse en atmosphère d?hydrocarbure (méthane, butane ou benzène) et d?argon. le carbone se dépose sur de petits bâtons  isolant servant de support , ensuite on fixe aux extrémités des broches de connexion .

  La valeur de la résistance est obtenue en retirant une partie de la couche résistive en spirale .

Les résistances à couches métallique , l?élément résistant est obtenu par la pose d'une couche d'env. 0,1mm d?un alliage sur un substrat en céramique ou en quartz.. Ce type de résistances a un petit coefficient de température.

Les résistances à feuilles métalliques (de quelques ohms à quelques méga ohms) sont des résistances très précises, constituées d?une feuille en alliage (souvent du nickel-chrome) fixée sur un substrat isolant.

La dimension augmente en fonction de la puissance dissipé le diamètre est d'environ de 6 mm pour 3 W .Pour des puissances de 5 à 11 W ont utilise alors du fil résistif bobinées .

Les résistances bobinées (de quelques ohms à quelques milliers d?ohms) sont constituées d?un fil en alliage (nickel-chrome ou cuivre-nickel pour des résistances de haute précision à faible coefficient de température) enroulé sur un support isolant en céramique ou en matière plastique puis elles sont moulées , laquées ou vitrifiées.

Les résistances miniature de surface sont faites sur un substrat en céramique de petite dimension :

versions rondes

versions plates

les résistances à couches épaisses (> 1 méga ohm) sont faites d?une pâte de verres fusibles et de métaux nobles déposée (quelques dizaines de µm) par sérigraphie sur un support d?alumine, puis cuite à haute température.

2.1.Formules +

2.1.1.La résistance : phénomène physique

Le phénomène physique de résistivité correspond à la résistance qu'offre l'élément au passage du courant. On écrit :

C'est une expression de la dissipation thermique (effet Joule) ; du point de vue du circuit, la résistance ne stocke pas d'énergie, mais la dissipe. La puissance instantanée vaut :

2.1.2.Résistance dynamique :


La résistance dynamique est définie comme le rapport des accroissements de courant sur ceux de tension, à un point de fonctionnement donné

.

Par exemple, dans le cas de la caractéristique courant-tension d'un dipôle non linéaire comme la diode, on définit sa résistance dynamique ainsi :

2.1.3.Résistance d'une tige conductrice

2.1.4.Linéarité et autonomie d'une résistance

Remarquons encore qu'une résistance n'est pas forcément linéaire ni forcement autonome (indépendante du temps) : lorsqu'on modélise un capteur ou un effet physique, à peu près tout peut arriver ! Il existe par exemple des résistances dont la valeur varie fortement avec la température ambiante (thermistances) ; elles peuvent être utilisées comme détecteurs ou capteurs de température.

Pour un conducteur normal, on peut utiliser une approximation linéaire en la température, si le modèle autonome est insuffisant :

2.1.5. Analogie mécanique de la résistance

En mécanique, le travail de forces de frottement représente une dissipation d'énergie du système considéré. Une de leur modélisation correspond aux forces dites de frottement visqueux, où leur intensité est proportionnelle à la vitesse de déplacement. Si on écrit la loi d'Ohm en terme de charge et de tension, on observe une similitude :

Il est clair que ni la relation courant-tension dans une résistance n'est toujours aussi simple, ni les forces de frottement toujours visqueuses et linéaires. Il s'agit en fait d'une rationalisation technique : on construit des systèmes technologiques auxquels on impose cette simplicité dans des limites de fonctionnement. Par exemple, la valeur de la résistance dépend de la température de cette dernière : elle augmente avec la température. Alors on s'arrange pour écouler la chaleur et ainsi maintenir les systèmes dans leurs plages de fonctionnement.

 

Exemple d'application en classe de 6ème: le porte clé lumineux