Les conducteurs ohmiques et les capteurs électriquesCours

I

La relation tension−intensité

La relation tension-intensité est une caractéristique du dipôle. Dans le cas des résistances et des conducteurs ohmiques, la tension est proportionnelle à l'intensité. La caractéristique tension−intensité d'un générateur et d'un récepteur permet de trouver le point de fonctionnement du circuit électrique.

A

La caractéristique d'un dipôle

La relation tension−intensité est une caractéristique d'un dipôle. C'est la représentation graphique de l'évolution de la tension entre les bornes d'un dipôle en fonction de l'intensité qui le traverse.

Caractéristique tension−courant

La caractéristique tension−courant d'un dipôle est la représentation graphique de l'évolution de la tension entre ses bornes en fonction de l'intensité qui le traverse.

La caractéristique tension−courant d'un générateur de tension est la suivante :

caractéristique tension-courant générateur

L'évolution de l'intensité qui le traverse en fonction de la tension entre ses bornes s'appelle la caractéristique courant−tension : I = g\left(U\right).

B

Le cas des résistances et des conducteurs ohmiques : la loi d'Ohm

D'après la loi d'Ohm, la tension aux bornes d'une résistance est proportionnelle à l'intensité qui la traverse. Tout récepteur dont la tension est proportionnelle à l'intensité qui le traverse est appelé conducteur ohmique.

La loi d'Ohm

La loi d'Ohm relie la tension entre les bornes d'une résistance et l'intensité qui la traverse et traduit la proportionnalité entre ces grandeurs, la valeur de la résistance étant le coefficient de proportionnalité :

U = R \times I

Si une résistance de 150 \Omega est parcourue par un courant d'intensité de 20 mA, la tension entre ses bornes est :
U = R \times I\\U = 150 \times 20 \cdot 10^{-3}\\U = 3{,}0 \text{ V}

La caractéristique d'une résistance est une droite qui passe par l'origine, ce qui permet de dire que la tension entre ses bornes et l'intensité qui la traverse sont des grandeurs proportionnelles et que ces grandeurs sont liées par une relation de type linéaire :

U = R \times I

caractéristique résistance

Conducteur ohmique

Par analogie avec les résistances, on appelle conducteur ohmique tout récepteur dont la tension est proportionnelle à l'intensité qui le traverse et qui respecte donc la loi d'Ohm.

Les radiateurs électriques et les lampes sont des conducteurs ohmiques. Ils produisent de la chaleur en fonction de l'intensité du courant qui les traverse.

C

Le point de fonctionnement

Le point de fonctionnement d'un circuit est le point d'intersection des caractéristiques du générateur et du dipôle qu'il alimente.

Lorsqu'un générateur alimente un unique récepteur :

  • ils sont parcourus par un courant de même intensité, nommé intensité de fonctionnement I_f ;
  • les tensions entre leurs bornes sont égales, nommées tensions de fonctionnement U_f.
propriétés générateur unique récepteur

Point de fonctionnement

Le point de fonctionnement d'un circuit est le point d'intersection des caractéristiques du générateur et du dipôle qu'il alimente. Il assure donc à la fois les caractéristiques tension−courant du générateur et du dipôle. Ses coordonnées P(I_f, U_f) permettent de déterminer l'intensité et la tension de fonctionnement.

On étudie le circuit suivant :

définition point fonctionnement
définition point fonctionnement

L'intersection des caractéristiques du générateur et de la résistance donne les coordonnées du point de fonctionnement : P(20 mA ; 6,0 V). On en déduit :

  • l'intensité de fonctionnement : I_f = 20 \text{ mA} ;
  • la tension de fonctionnement : U_f = 6{,}0 \text{ V}.
II

Les capteurs électriques

Un capteur électrique permet de traduire une grandeur en une autre grandeur. La courbe d'étalonnage d'un capteur électrique représente l'évolution de la grandeur de sortie en fonction de la grandeur d'entrée.

A

Généralités sur les capteurs électriques

Un capteur électrique est un dispositif qui donne une grandeur de sortie S (la « réponse ») à partir d'une grandeur d'entrée E (la « mesurande »).

Capteur

Un capteur est un dispositif qui, en mesurant une grandeur physique d'entrée E (« mesurande »), fournit une grandeur de sortie S (« réponse »).

définition capteur
Capteur Grandeur d'entrée Grandeur de sortie
Thermomètre à alcool La température La hauteur du niveau d'alcool
Thermistance La température La résistance électrique
Photorésistance Le flux lumineux La résistance électrique

Photodiode

Le flux lumineux L'intensité électrique

Lorsque la grandeur de sortie est la résistance électrique, on parle de capteur résistif.

La thermistance et la résistance sont des capteurs résistifs.

En vue de rendre utilisable la grandeur de sortie du capteur, il est nécessaire d'inclure celui-ci dans une chaîne de mesure. À l'aide d'un microcontrôleur, il est possible de mesurer, de représenter la grandeur d'entrée ou d'actionner un dispositif d'après sa valeur. Cette manipulation peut nécessiter un conditionnement (ou mise en forme) de la grandeur de sortie.

microcontrôleur

Couplé à une thermistance, un microcontrôleur peut mettre en route un dispositif de chauffage en fonction de la température mesurée.

B

La courbe d'étalonnage

La courbe d'étalonnage d'un capteur est la représentation graphique de sa grandeur de sortie S en fonction de sa grandeur d'entrée E.

Courbe d'étalonnage

La courbe d'étalonnage d'un capteur est la représentation graphique de sa grandeur de sortie en fonction de sa grandeur d'entrée.

définition courbe étalonnage

La courbe d'étalonnage d'un capteur permet de déterminer la valeur, non accessible, de la grandeur d'entrée à partir de la grandeur de sortie mesurée et d'une lecture graphique.

définition courbe étalonnage capteur

Avec la thermistance précédente, si l'on mesure une résistance de 75 \Omega, la température du milieu est de 30 °C. La thermistance a donc permis de mesurer la température du milieu.

Questions fréquentes

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