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Conseils
Les propriétés des résistances vont du simple au complexe. Les propriétés peuvent être classées en trois fonctions de résistance :
Mécaniquement modifiable
Modifiable par des grandeurs physiques
La loi d'Ohm
La loi d'Ohm stipule qu'un courant ne circule dans un circuit que s'il y a une tension entre les points de connexion.
Considérons le dispositif expérimental suivant avec une source de tension réglable et deux multimètres pour mesurer la tension et le courant. On effectue ainsi deux séries de mesures et on enregistre les résultats.
On prend une résistance prédéfinie, dans l'exemple 4 ohms, et on mesure le courant à différentes tensions. Si la tension diminue à différentes intensités de courant, on peut constater un comportement à peu près linéaire. Dans cet exemple, on utilise une résistance de 4 ohms.
Si l'on dessine maintenant ces résultats de mesure sur un graphique, on peut constater une augmentation de l'intensité du courant lorsque la tension augmente.
La tension appliquée croît de manière linéaire lorsque l'intensité du courant augmente.
Il est clair que plus la tension augmente, plus l'intensité du courant est grande. Cela signifie que l'intensité du courant est proportionnelle à la tension.
En clair, cela signifie que :
Résistance en ohms= tension en volts/courant en ampères
| Tension [U] en volts |
|
|---|---|
| 2 | 0,50 |
| 4 | 1,00 |
| 6 | 1,50 |
| 8 | 2,00 |
| 10 | 2,50 |
Intensité du courant en fonction de la tension
La série de mesures est répétée. Cette fois-ci, on mesure le courant à une tension constante, dans l'exemple 10 volts, en utilisant différentes résistances.
On constate maintenant qu'en cas d'augmentation de la valeur de la résistance, l'intensité du courant diminue.
Si l'on reporte ces résultats de mesure sur un graphique, on peut constater une baisse de l'intensité du courant lorsque la résistance augmente. La tension appliquée augmente lorsque la résistance diminue.
Le matériau de la résistance utilisée est de plus en plus conducteur.
| Résistance [R] en ohms | Courant [I] en ampères |
|---|---|
| 2 | 5,00 |
| 4 | 2,50 |
| 6 | 1,67 |
| 8 | 1,25 |
| 10 | 1,00 |
Intensité du courant en fonction de la résistance
Dans le domaine de la technique des matériaux, on sait que chaque valeur de résistance cache la conductivité dans sa valeur inverse. Dans le tableau suivant, chaque résistance est associée à sa valeur de conductivité.
On peut maintenant constater une baisse de l'intensité du courant lorsque la conductivité diminue. Comme on peut le voir dans le tableau, l'intensité du courant augmente avec la conductivité. Le graphique montre à nouveau un comportement linéaire.
L'intensité du courant est inversement proportionnelle à la conductivité d'une résistance.
| Résistance [R] en ohms | Conductivité [G] en Siemens | Courant [I] en ampère |
|---|---|---|
| 2 | 0,500 | 5,00 |
| 4 | 0,250 | 2,50 |
| 6 | 0,167 | 1,67 |
| 8 | 0,125 | 1,25 |
| 10 | 0,100 | 1,00 |
Intensité du courant en fonction de la conductance
La résistance ohmique active
L'effet de la résistance électrique peut être comparé par analogie à l'ouverture d'un écoulement d'eau dans une baignoire. La quantité d'eau, le potentiel, peut s'y écouler pendant un certain temps, par exemple lors de la douche. En revanche, si l'on vide le potentiel d'une baignoire remplie, un courant maximal s'écoule. Cette résistance de ligne dépend de la section du conducteur, elle laisse s'écouler uniformément le courant maximal possible pendant un certain temps.
Chaque matériau utilisé en électrotechnique a une certaine conductivité, qui a été mesurée avec une section d'un millimètre carré sur une longueur d'un mètre à une température de 20°C. La conductivité spécifique d'un matériau est déterminée par sa température. Le cuivre, par exemple, a une résistivité de 0,0179 microohm-mètre symbole de formule Rho [ρ] en µΩm. L'inverse de la résistance permet d'obtenir la conductance électrique. Pour le cuivre, elle est de 56-1µm Symbole Kappa [Κ] en 1µΩm . Elle indique la capacité d'un matériau à laisser circuler un courant électrique. La longueur [l] en mètres et la surface de la section [A] en millimètres carrés permettent de déterminer une résistance électrique [R].
Pour cela, il suffit d'introduire les valeurs dans l'une des formules suivantes :
R = l / Κ ∙ A
ou
R = ρ ∙ l / A
Les valeurs de résistance et de conductivité spécifiques des matériaux électrotechniques pertinents sont indiquées dans le tableau ci-dessous.
| Matériau à une température de 20 °C | Abréviation chimique de l'élément | Résistance spécifique [ρ] en µΩm | Conductivité spécifique [Κ] en 10^6 / Ωm |
|---|---|---|---|
| Argent | Ag | 0,016 | 62 |
| Cuivre | Cu | 0,018 | 56 |
| Goud | Au | 0,022 | 44 |
| Aluminium | Al | 0,028 | 36 |
| Zinc | Zn | 0,06 | 16,7 |
| Laiton | CuZn | 0,07 | 1,3 |
| Fer | Fe | 0,1 | 10 |
| Platin | Pt | 0,106 | 9,4 |
| Étain | Sn | 0,11 | 9,1 |
| Plomb | Pb | 0,208 | 4,8 |
| Carbone | C | 66,667 | 0,015 |
Les grandeurs pour la conception d'une ligne électrique sont ainsi déterminées.
Les résistances fixes sont généralement appelées résistances ohmiques actives. Elles existent sous forme de résistance à fil, de résistance à couche ou de résistance de masse et sont constituées de carbone, de métal, de métal émaillé, d'oxyde de métal ou de métal céramique. Dans un circuit électrique, une résistance fixe est identifiée par le symbole suivant :
Une résistance peut être représentative d'une ligne ou de la résistance totale d'un consommateur.
Qu'est-ce qu'une résistance de couche ?
Une résistance à couche se compose d'une couche de protection, d'une couche de résistance et de deux connexions. Il existe différents matériaux dans lesquels les couches de résistance sont fabriquées. Les résistances à couche de carbone et les résistances à couche métallique. Les résistances à couche de carbone conviennent surtout pour les hautes fréquences. Les résistances à couche métallique peuvent être fabriquées avec une grande précision et ont une faible tolérance.
Les codes couleur
Lorsque le code couleur est décodé, il permet de déterminer la valeur de la résistance.
Pour les résistances à 4 anneaux, les chiffres sont à deux chiffres, pour celles à 5 anneaux, ils sont à trois chiffres. Les deux derniers anneaux indiquent pour les deux le multiplicateur et la tolérance. Selon le type de résistance, les tolérances vont de 0,1 à 10 pour cent. Les résistances à couche avec 5 anneaux sont des résistances à couche métallique, elles sont fabriquées dans les couleurs bleu ou vert. Avec moins de 5 anneaux, ce sont des résistances à couche de carbone, elles sont marquées en ocre.
Par exemple, si les couleurs des quatre premiers anneaux sont l'orange, le rouge, le bleu et le brun, la valeur est de 326×10 Ω = 3,26 kΩ (kilo-ohms).
Qu'est-ce qu'une résistance de fil ?
Les résistances à fil peuvent également être appelées résistances de puissance. Elles sont utilisées par exemple sous forme de fusibles, de filaments dans une ampoule pour dissiper des puissances élevées.
Pour se faire une idée plus précise du sujet, les thèmes suivants sur la dérivation des grandeurs électriques sont intéressants :
- La quantité de charge électrique [Q]
- Le niveau d'énergie / potentiel électrique [ϕ]
- Le courant électrique [I]
- La vitesse des électrons [v]
- La densité de courant / capacité de charge du courant [S]
Considérons tout d'abord le courant électrique [I], qui s'exprime en ampères. Il s'agit de la quantité de charge [Q] qui circule dans le conducteur en un temps [t]. La quantité de charge, exprimée en coulombs avec l'abréviation C, représente le nombre [n] de charges électroniques d'un élément[e].
L'unité de mesure de la charge électrique est la charge élémentaire, qui est définie par 0,000000000000001602 coulomb :
e= 1,602 ∙ 10^-19C
Il en résulte la formule suivante pour le nombre de charges élémentaires :
Q [C]=n ∙e [C]
Une charge est capable de transmettre le courant [I] pendant une période de temps [t].
Q C=I A∙t [sec]
Un niveau d'énergie [ϕ] est déterminé à la base d'un autre niveau d'énergie et indiqué comme la tension en volts [V]. Ainsi, les différents potentiels d'énergie s'additionnent pour former un potentiel global. Par exemple, lors du montage en série de deux batteries de 9 V, on obtient une batterie de 18 V. Lors du montage en série de plusieurs potentiels, ceux-ci s'additionnent pour former un potentiel global.
ϕges [V]= ϕ1[V]+ ϕ2[V]+…
Le courant électrique est défini comme la quantité de charges en fonction du temps. C'est-à-dire le nombre de charges qui circulent dans un conducteur pendant un temps défini [t].
I [A]= Q [C]t / [sec]
Dans ce contexte, la vitesse [v] des électrons peut également être calculée à l'aide de la formule suivante :
v [m/sec]= I [A] / n ∙e C∙A [mm^2]
La densité de courant indique le courant avec lequel un conducteur peut être chargé pour une section donnée. Le courant indique la quantité de porteurs de charge libres disponibles. Dans la section transversale d'un conducteur, leur mouvement sûr est limité à une quantité maximale, la densité de courant [S]. Si la section transversale d'un circuit électrique est modifiée, cela a des répercussions sur le nombre de charges qui traversent un conducteur en un temps donné. Si la densité de courant est trop élevée, le matériau est surchargé et le matériau peut fondre. C'est le principe de fonctionnement d'un fusible.
Le fusible
S A/mm^2= I [A] / A [mm^2]
Cette formule permet de déterminer le courant admissible d'un conducteur. Le tableau suivant présente, à titre d'exemple, des sections de câble typiques avec leur intensité admissible pour les câbles en cuivre. Ces valeurs sont notamment nécessaires pour dimensionner un fusible de ligne, selon la norme DIN VDE 0295 Conducteurs pour câbles et lignes isolées. Le fusible est alors choisi avec une intensité admissible plus faible. C'est pourquoi les fusibles utilisés dans les installations de bâtiment sont généralement conçus pour des câbles de 1,5 mm² de section et de 16 ampères.
| Section [A] en qmm | Courant admissible [I] en A | Densité de courant [S] en A/qmm |
|---|---|---|
| 1,5 | 17,5 | 11,7 |
| 2,5 | 24 | 9,6 |
| 4 | 32 | 8 |
L'énergie de la puissance disponible [P] est utilisée pendant un temps [t] pour effectuer un travail [W]. Cela a pour conséquence que, par exemple. En cas d'augmentation de la densité de courant, les porteurs de charge libres dans un conducteur se heurtent aux atomes et sont freinés dans leur flux électrique. La puissance est transformée en travail.
P [W]=U [V] ∙ I [A]
W [Wsec]=P [W] ∙ t [sec]
Qu'est-ce qu'une résistance de masse ?
Les résistances de masse font partie des résistances dont il est souvent question lors de la recherche d'erreurs en électrotechnique. Dans le secteur automobile, on utilise le terme de résistance de masse comme synonyme de résistance de contact entre l'électronique automobile et la carrosserie. Comme le pôle négatif de la batterie est relié à la carrosserie, on mesure le pôle positif d'un appareil contre la carrosserie et on obtient ce qu'on appelle la résistance de masse.
Potentiomètre
Un potentiomètre est généralement une résistance en carbone réglable mécaniquement, dans laquelle un capteur rotatif fait glisser un contact glissant sur une couche de carbone. Le nombre de tours représente le nombre de tours que l'on peut effectuer avec le capteur rotatif de la plus petite à la plus grande résistance réglable. Le potentiomètre le plus connu a une seule vitesse et est utilisé par exemple comme régulateur de volume dans un système audio.
Si un courant circule entre l'entrée de la borne A et la borne C via la résistance de frottement, on peut en prélever une partie sur la borne B via le contact de frottement. Celui-ci peut être utilisé entre les bornes A & B ou B & C. Il peut également être utilisé entre les bornes A et B.
Résistance réglable
Les résistances réglables sont généralement toutes les résistances dont on peut régler la valeur. Par exemple, les décades de résistances ou les potentiomètres.
Les résistances modifiables par des grandeurs physiques sont influencées par l'action des grandeurs fonctionnelles suivantes et sont identifiées par le symbole correspondant :
Les bases de la physique moderne reposent sur les unités SI. L'abréviation SI désigne ici le Système international, sur lequel repose la météorologie moderne. Toutes les grandeurs physiques peuvent être déduites des grandeurs de base qui y sont définies.
En physique, les préfixes sont souvent utilisés devant les unités SI. Ils servent à représenter de manière simplifiée les nombres numériques à plusieurs chiffres. Les préfixes sont classés de la manière suivante, en puissances de 10.
| Préfixe | Abréviation | Puissance de 10 | Texte clair |
|---|---|---|---|
| Exa | E | 10^18 | 1.000.000.000.000.000.000 |
| Peta | P | 10^15 | 1.000.000.000.000.000 |
| Tera | T | 10^12 | 1.000.000.000.000 |
| Giga | G | 10^9 | 1.000.000.000 |
| Mega | M | 10^6 | 1.000.000 |
| Kilo | k | 10^3 | 1.000 |
| Ohne | - | 10^0 | 1 |
| Milli | m | 10^-3 | 0,001 |
| Mikro | µ | 10^-6 | 0,000001 |
| Nano | n | 10^-9 | 0,000000001 |
| Piko | p | 10^-12 | 0,000000000001 |
| Femto | f | 10^-15 | 0,000000000000001 |
| Atto | a | 10^-18 | 0,000000000000000001 |
Si, par exemple, la température d'une résistance augmente, on observe pour certains matériaux une augmentation de la résistance, comportement PTC, et pour d'autres une diminution de la résistance, comportement NTC.
La variation de la valeur de la résistance en fonction de la température est soit linéaire, généralement entre -80 °C et +200 °C, soit non linéaire au-delà.
Le comportement de la résistance en fonction de la température est linéaire.
delta R = R [20°C]∙ α ∙
La différence de résistance est donc le produit de la résistance à 20 °C multipliée par le coefficient de température spécifique au matériau multiplié par la différence de température. Le coefficient de température [α] est indiqué dans le tableau suivant.
| Matériau | α in 1/K | Matériau | α in 1/K |
|---|---|---|---|
| Fer | 0,00657 | Cuivre | 0,0039 |
| Étain | 0,0046 | Aluminium | 0,004 |
| Plomb | 0,0042 | Laiton | 0,0015 |
| Zinc | 0,0042 | Manganine | 0,00001 |
| Gold | 0,00398 | Konstantan | 0,00004 |
| Argent | 0,0041 | Charbon | -0,00045 |
On peut par exemple calculer la différence de résistance d'un conducteur en cuivre entre -80 °C et +200 °C. La résistance d'un câble d'un mètre de long est de 0,018 µΩ. La différence de température est de 280 kelvins.
R = 0,018 ∙ 10^-6 Ω ∙ 0,0039 1/K ∙ 280 K = 19,656 ∙ 10^-9 Ω
La variation de résistance d'un câble en cuivre d'un mètre de long, pour une différence de température de 280 K, est de 19,656 nano-ohms.
Conducteur chaud
Qu'est-ce qu'une thermistance (thermistance NTC) ?
Les conducteurs chauds ont un coefficient de température négatif (NTC). Cela signifie que plus la température augmente, plus la résistance diminue. La température peut dépendre soit de la température ambiante, soit de l'auto-échauffement de l'appareil.
Les thermistances sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs.
Domaines d'application des thermoconducteurs
Détection de la température
Les thermistances sont idéales pour mesurer la température ambiante. Elles prennent la température et fournissent une valeur de résistance exploitable.
Temporisation
Ici, on utilise l'auto-échauffement des résistances. Lorsque le courant circule dans la thermistance, le composant s'échauffe au bout d'un certain temps. Lorsque la température augmente, la valeur de la résistance diminue, à une certaine valeur, une impulsion de sortie se produit, car le courant peut circuler sans obstacle.
Capteurs
Les thermistances sont également utilisées comme capteurs, par exemple pour pouvoir détecter la hauteur d'un niveau de liquide. Cela est possible car elles présentent des valeurs de résistance différentes dans différents milieux (eau, air, etc.).
Thermistance à froid
Qu'est-ce qu'une thermistance PTC ?
Les thermistances à froid ont un coefficient de température positif (PTC). Cela signifie que plus la température augmente, plus la résistance augmente. La température peut dépendre soit de la température ambiante, soit de l'auto-échauffement du composant. Les thermistances à froid sont fabriquées à partir de matériaux céramiques.
Domaines d'application des thermistances à froid
Sonde de température pour les états grossiers
Les sondes froides peuvent être utilisées pour détecter la température. Toutefois, elles sont moins précises que les thermistances. Les valeurs émises sont alors plutôt "trop chaud", "normal" ou "trop froid".
Surveillance de la température
Pour pouvoir servir de circuit de surveillance de la température ou de circuit de protection contre la surchauffe, les thermistances CTP sont directement intégrées dans le trajet du courant à protéger. C'est souvent le cas, par exemple, pour les transformateurs ou les moteurs. En cas de température trop élevée, les thermistances à froid réduisent le flux de courant ou coupent même complètement le dispositif.
Exploitation de l'auto-échauffement
L'auto-échauffement des thermistances à froid est exploité par exemple pour la limitation des surintensités, la temporisation ou la commutation des impulsions de courant. La résistance CPT est chauffée par le flux de courant et sa résistance augmente. Le flux de courant est limité.
Champ magnétique
Qu'est-ce qu'une résistance de réverbération ?
Une résistance à effet Hall est sensible à l'aimant. Le conducteur parcouru par un courant modifie sa conductivité sous l'influence d'un champ magnétique.
Tension
Qu'est-ce qu'une varistance ?
Dans le cas d'un varistor, la valeur de la résistance peut être réglée de manière variable à l'aide de la tension appliquée. Plus la tension augmente, plus la valeur de la résistance diminue. C'est pourquoi on les appelle aussi résistances dépendantes de la tension (VDR). Les varistances sont généralement fabriquées en oxyde métallique (MOV).
Entre les différents grains d'oxyde de zinc (microstructure cristalline), des couches de blocage à haute impédance forment un réseau de circuits en série et en parallèle. Lorsque la tension est dépassée, les couches de blocage se dégradent et la varistance devient à basse impédance. Cette tension de seuil dépend du temps de frittage et de la température de frittage.
Ce qu'il faut prendre en compte lors du choix des varistances :
- Tension de service maximale autorisée : tension la plus élevée pouvant être appliquée en permanence.
- Tension de varistance : tension électrique présente lorsque 1 mA la traverse.
- Niveau de protection (tension de déclenchement) : chute de tension en cas de courants > 1 mA ; niveau de protection maximal = tension la plus élevée qui peut être appliquée
- courant de fuite maximal : courant maximal qui peut circuler lorsque la tension de service maximale autorisée est présente
Lumière
Qu'est-ce qu'une photorésistance ?
Dans le cas des photorésistances, les ondes lumineuses qui les frappent modifient la valeur de la résistance. Le cadmium, en particulier, est un matériau semi-conducteur sensible à l'effet photoélectrique. Des électrons sont libérés du matériau, ce qui le rend plus conducteur au fur et à mesure de l'exposition.
Force
Qu'est-ce qu'une jauge de contrainte ?
En électrotechnique, les jauges de contrainte sont appelées jauges de contrainte. Sa résistance résulte de la tension mécanique qui affecte la section transversale d'un conducteur. Cette déformation modifie la valeur de résistance du conducteur.