Résistance électrique : Qu'est-ce que c'est?

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Champ: Électricité de base

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Qu'est-ce que la résistance électrique

La résistance (également appelée résistance ohmique ou résistance électrique) est une mesure de l'opposition au courant dans un circuit électrique. La résistance est mesurée en ohms, symbolisée par la lettre grecque oméga (Ω).

Plus la résistance est grande, plus la barrière contre le flux du courant est importante.

Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à un conducteur, le courant commence à circuler, ou les électrons libres commencent à se déplacer. Pendant leur déplacement, les électrons libres entrent en collision avec les atomes et les molécules du conducteur.

En raison des collisions ou des obstacles, le taux de flux des électrons ou du courant électrique est restreint. Ainsi, on peut dire qu'il y a une certaine opposition au flux des électrons ou du courant. Par conséquent, cette opposition offerte par une substance au flux du courant électrique est appelée résistance.

La résistance d'un matériau conducteur est trouvée être—

directement proportionnelle à la longueur du matériau
inversément proportionnelle à la section transversale du matériau
dépend de la nature du matériau
Dépend de la température

Mathématiquement, la résistance d'un matériau conducteur peut être exprimée comme suit,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Où R = résistance du conducteur

$l$ = longueur du conducteur

a = section transversale du conducteur

$\rho$ = constante de proportionnalité du matériau connue sous le nom de résistivité spécifique ou résistivité du matériau

Définition de la résistance de 1 ohm

Si un potentiel de 1 volt est appliqué entre deux bornes d'un conducteur et si un courant de 1 ampère circule à travers lui, la résistance de ce conducteur est dite être de 1 ohm.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \end{align*}$

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Quelle est l'unité de mesure de la résistance électrique ?

La résistance électrique est mesurée en (unité SI pour un résistor) ohm, et Ω la représente. L'unité ohm (Ω) est nommée en l'honneur du grand physicien et mathématicien allemand Georg Simon Ohm.

Dans le système SI, un ohm est égal à 1 volt par ampère. Ainsi,

$\begin{align*} 1 \,\, Ohm = \frac{1 \,\, Volt}{1 \,\, Ampere} \end{align*}$

Par conséquent, la résistance est également mesurée en volt par ampère.

Les résistances sont fabriquées et spécifiées sur une large gamme de valeurs. L'unité ohm est généralement utilisée pour les valeurs de résistance modérées, mais les valeurs de résistance très grandes et très petites peuvent être exprimées en milliohm, kiloohm, mégaohm, etc.

Ainsi, les unités dérivées des résistances sont établies selon leurs valeurs, comme indiqué dans le tableau ci-dessous.

Unit Name	Abbreviation	Values in Ohm $(\Omega)$
Milli Ohm	$m\,\,\Omega$	$10^-^3\,\,\Omega$
Micro Ohm	$\micro\,\,\Omega$	$10^-^6\,\,\Omega$
Nano Ohm	$n\,\,\Omega$	$10^-^9\,\,\Omega$
Kilo Ohm	$K\,\,\Omega$	$10^3\,\,\Omega$
Mega Ohm	$M\,\,\Omega$	$10^6\,\,\Omega$
Giga Ohm	$G\,\,\Omega$	$10^9\,\,\Omega$

Unité dérivée des résistances

Symbole de la résistance électrique

Il existe deux symboles principaux utilisés pour représenter la résistance électrique dans les circuits.

Le symbole le plus courant pour un résistor est une ligne en zigzag, largement utilisé en Amérique du Nord. L'autre symbole de circuit pour un résistor est un petit rectangle largement utilisé en Europe et en Asie, appelé le symbole international de résistance.

Le symbole de circuit pour les résistors est montré dans l'image ci-dessous.

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Formule de la résistance électrique

La formule de base pour la résistance est :

La relation entre la Résistance, la Tension et le Courant (Loi d'Ohm)
La relation entre la Résistance, la Puissance et la Tension
La relation entre la Résistance, la Puissance et le Courant

Ces relations sont résumées dans l'image ci-dessous.

Formule de résistance 1 (Loi d'Ohm)

Selon la loi d'Ohm

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Ainsi, la résistance est le rapport entre la tension d'alimentation et le courant.

$\begin{align*} R = \frac{V}{I} \,\,\Omega \end{align*}$

Formule de résistance 2 (Puissance et Tension)

La puissance transférée est le produit de la tension d'alimentation et du courant électrique.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Maintenant, en insérant $I = \frac{V}{R}$ dans l'équation ci-dessus, nous obtenons,

$\begin{align*} P = \frac{V^2}{R} \end{align*}$

Ainsi, nous obtenons que la résistance est le rapport du carré de la tension d'alimentation et de la puissance. Mathématiquement,

$\begin{align*} R = \frac{V^2}{P} \,\,\Omega \end{align*}$

Formule de résistance 3 (Puissance et Courant)

Nous savons que, $P = V * I$

En remplaçant $V = I *R$ dans l'équation ci-dessus, nous obtenons,

$\begin{align*} P = I^2 * R \end{align*}$

Ainsi, nous obtenons que la résistance est le rapport entre la puissance et le carré du courant. Mathématiquement,

$\begin{align*} R = \frac{P}{I^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Différence entre la résistance AC et DC

Il existe une différence entre la résistance en courant alternatif (AC) et la résistance en courant continu (DC). Discutons-en brièvement.

Résistance AC

La résistance totale (y compris la résistance, la réactance inductive, et la réactance capacitive) dans les circuits AC est appelée l'impédance. Ainsi, la résistance AC est également appelée impédance.

Résistance = Impédance c'est-à-dire,

$\begin{align*} R = Z \end{align*}$

La formule suivante donne la valeur de la résistance ou de l'impédance des circuits en courant alternatif,

$\begin{align*} R_A_C = \sqrt{R^2 + (X_L-X_C)^2} \,\, \Omega \end{align*}$

Résistance en courant continu

L'amplitude du courant continu est constante, c'est-à-dire qu'il n'y a pas de fréquence dans les circuits en courant continu ; par conséquent, la réactance capacitive et inductive dans les circuits en courant continu est nulle.

Ainsi, seule la valeur de la résistance du conducteur ou du fil entre en jeu lorsqu'il est soumis à une alimentation en courant continu.

Ainsi, selon la loi d'Ohm, nous pouvons calculer la valeur de la résistance en courant continu.

$\begin{align*} R_D_C = \frac{V}{I} \,\, \Omega \end{align*}$

Quelle est plus grande, la résistance en courant alternatif ou la résistance en courant continu ?

Il n'y a pas d'effet de peau dans les circuits en courant continu car la fréquence du courant continu est nulle. Ainsi, la résistance en courant alternatif est plus élevée que la résistance en courant continu en raison des effets de peau.

$\begin{align*} R_A_C = R_D_C \end{align*}$

Généralement, la valeur de la résistance en courant alternatif est 1,6 fois celle de la résistance en courant continu.

$\begin{align*} R_A_C = 1.6 * R_D_C \end{align*}$

Résistance électrique, chauffage et température

Résistance électrique et chauffage

Lorsque le courant électrique (c'est-à-dire le flux d'électrons libres) passe à travers un conducteur, il y a une certaine 'friction' entre les électrons en mouvement et les molécules du conducteur. Cette friction est appelée résistance électrique.

Ainsi, l'énergie électrique fournie au conducteur est convertie en chaleur en raison de la friction ou de la résistance électrique. Cela est connu sous le nom d'effet de chauffage du courant électrique produit par la résistance électrique.

Par exemple, si un courant de I ampères circule dans un conducteur de résistance R ohms pendant t secondes, l'énergie électrique fournie est de I2Rt joules. Cette énergie est convertie sous forme de chaleur.

Ainsi,

$\begin{align*} Heat \,\, produced \,\,(H) = I^2 * R * t \,\, joules \end{align*}$

$\begin{align*} = \frac{I^2 * R * t}{4.186} \,\, calories \end{align*}$

Cet effet de chauffage est utilisé pour fabriquer de nombreux appareils électriques de chauffage tels qu'un chauffe-eau électrique, grille-pain électrique, bouilloire électrique, fer à repasser électrique, fer à souder, etc. Le principe de base de ces appareils est le même, c'est-à-dire que lorsque le courant électrique circule à travers une haute résistance (appelée élément chauffant), il produit ainsi la chaleur nécessaire.

Un alliage couramment utilisé de nickel et de chrome appelé nichrome a une résistance plus de 50 fois supérieure à celle du cuivre.

Effet de la température sur la résistance électrique

La résistance de tous les matériaux est affectée par le changement de température. L'effet du changement de température est différent selon le matériau.

Métaux

La résistance électrique des métaux purs (par exemple, cuivre, aluminium, argent, etc.) augmente avec l'augmentation de la température. Cette augmentation de la résistance est importante pour la plage normale de températures. Ainsi, les métaux ont un coefficient de température de résistance positif.coefficient de température de résistance.

Alliages

La résistance électrique des alliages (par exemple, nichrome, manganin, etc.) augmente également avec une augmentation de la température. Cette augmentation de la résistance est irrégulière et relativement faible. Ainsi, les alliages ont une valeur basse de coefficient de température de résistance positif.

Semi-conducteurs, isolants et électrolytes

La résistance électrique des semi-conducteurs, isolants et des électrolytes diminue avec une augmentation de la température. Lorsque la température augmente, de nombreux électrons libres sont créés. Ainsi, il y a une diminution de la valeur de la résistance électrique. Par conséquent, ces matériaux ont un coefficient de température de résistance négatif.

Questions courantes sur la résistance

Résistance électrique du corps humain

La résistance de la peau du corps humain est élevée, mais la résistance interne du corps est faible. Lorsque le corps humain est sec, sa résistance effective moyenne est élevée, et lorsqu'il est mouillé, la résistance diminue considérablement.

Dans des conditions sèches, la résistance effective offerte par le corps humain est de 100 000 ohms, et dans des conditions humides ou en cas de peau endommagée, la résistance est réduite à 1000 ohms.

Si de l'énergie électrique à haute tension pénètre dans la peau humaine, celle-ci se dégrade rapidement, et la résistance offerte par le corps est réduite à 500 ohms.

Résistance électrique de l'air

Nous savons que la résistance électrique de tout matériau dépend de la résistivité ou de la résistance spécifique de ce matériau. La résistivité ou la résistance spécifique de l'air est d'environ $10^6$ à $10^1^5$ $\Omega-m$ à 200 C.

La résistance électrique de l'air est une mesure de la capacité de l'air à résister au courant électrique. La résistance de l'air est le résultat des collisions entre la surface avant de l'objet et les molécules d'air. Les deux principaux facteurs qui affectent la quantité de résistance de l'air sont la vitesse de l'objet et la section transversale de l'objet.

La tension de claquage ou la résistance diélectrique de l'air est de 21,1 kV/cm (CRMS) ou 30 kV/cm (pic), ce qui signifie que l'air offre une résistance électrique jusqu'à 21,1 kV/cm (CRMS) ou 30 kV/cm (pic). Si la contrainte électrostatique dans l'air dépasse 21,1 kV/cm (CRMS), un claquage de l'air se produit ; ainsi, on peut dire que la résistance de l'air devient nulle.

Résistance électrique de l'eau

La résistance spécifique ou la résistivité de l'eau est une mesure de la capacité de l'eau à résister au courant électrique, qui dépend de la concentration de sels dissous dans l'eau.

L'eau pure a une valeur plus élevée de résistance spécifique ou de résistivité car elle ne contient pas d'ions. Lorsque des sels se dissolvent dans l'eau pure, des ions libres sont produits. Ces ions peuvent conduire un courant électrique ; par conséquent, la résistance diminue.

L'eau avec une forte concentration de sels dissous aura une faible résistance spécifique ou résistivité et vice versa. Le tableau ci-dessous montre la valeur de la résistivité pour différents types d'eau.

Types d'eau	Résistivité en Ohms-m $(\Omega-m)$
Eau pure	20 000 000
Eau de mer	20-25
Eau distillée	500 000
Eau de pluie	20 000
Eau de rivière	200
Eau potable	2 à 200
Eau déionisée	180 000

Résistance électrique du cuivre

Le cuivre est un bon conducteur, il a donc une faible valeur de résistance. La résistance naturelle offerte par le cuivre est connue sous le nom de résistivité spécifique ou de résistivité du cuivre.

La valeur de la résistivité spécifique ou de la résistivité du cuivre est $1.68 * 10^-^8\,\,\Omega-m$ .

Comment appelez-vous le phénomène lorsque la résistance électrique est nulle ?

Lorsque la résistance électrique est nulle, ce phénomène est appelé supraconductivité.

Selon la loi d'Ohm,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R} \end{align*}$

Si la résistance électrique, c'est-à-dire R = 0, alors,

$\begin{align*} I = \frac{V}{0} = \infty \end{align*}$

Ainsi, un courant infini circule dans le conducteur si la résistance de ce conducteur est nulle ; ce phénomène est connu sous le nom de supraconductivité.

Nous pouvons également dire que si la résistance électrique est nulle, elle a une conductance infinie.

$\begin{align*} G = \frac{1}{R} = \frac{1}{0} = \infty \end{align*}$

Comment la résistivité affecte-t-elle la résistance ?

Comme nous le savons, la résistance d'un matériau conducteur peut être exprimée par,

$\begin{align*} R \propto \frac{l}{a} \end{align*}$

$\begin{align*} R = \rho \frac{l}{a} \,\, \Omega \end{align*}$

Où R = résistance du conducteur

$l$ = longueur du conducteur

a = section efficace du conducteur

$\rho$ = constante de proportionnalité du matériau connue sous le nom de résistivité spécifique ou résistivité du matériau

Maintenant, si $l = 1\,\,m , a = 1\,\,m^2$ alors

$\begin{align*} R = \rho \end{align*}$

Ainsi, la résistivité spécifique ou la résistivité d'un matériau est la résistance offerte par l'unité de longueur et l'unité de section efficace du matériau.

Nous savons que chaque matériau conducteur a une valeur différente de résistivité spécifique ou de résistivité ; ainsi, la valeur de résistance dépend de la longueur et de la section efficace du matériau conducteur utilisé.

Source : Electrical4u

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