Loi d'Ohm

La loi d'Ohm : Les circuits électriques

Un circuit électrique est un ensemble de composants électriques reliés par des fils conducteurs à travers lesquels un courant électrique peut passer. Un courant électrique est constitué d'électrons en mouvement qui circulent autour du fil sous l'influence d'une tension appliquée. Pour que les composants électriques permettent la circulation de la charge électrique, ils doivent être constitués de matériaux conducteurs d'électricité. Un conducteur est un matériau ou un composant électrique qui facilite la circulation de la charge (courant électrique) dans une ou plusieurs directions. On dit que de tels matériaux sont de bons conducteurs d'électricité.

Exemple de circuit électrique, adapté de l'image de : MikeRun CC BY-SA 4.0

Lorsque l'on étudie les circuits électriques, on fait souvent la distinction entre les conducteurs ohmiques et les conducteurs non ohmiques.

Le graphique de la tension en fonction du courant d'un conducteur ohmique présente une relation linéaire, ce qui n'est pas le cas des conducteurs non ohmiques.

Graphique de la tension en fonction du courant pour un matériau ohmique et pour un matériau non ohmique, Iñaki Caparros-StudySmarter Originals.

Le comportement des conducteurs non ohmiques n'est pas nécessairement le même que celui illustré dans la figure ci-dessus. La caractéristique importante est qu'il existe une relation non linéaire entre le courant et la tension, ce qui signifie que le graphique de la tension en fonction du courant n'est pas une ligne droite. Les filaments d'ampoules ou certains semi-conducteurs tels que les transistors ou les diodes sont des exemples de conducteurs non ohmiques.

Certains matériaux ne conduisentpastrès bien l'électricité. Ces matériaux ou les composants électriques fabriqués à partir de ces matériaux sont appelés isolants.

Les isolants peuvent être utilisés pour ralentir ou arrêter le flux de charge et ont de nombreuses applications dans le monde réel, comme le revêtement en plastique des fils électriques qui nous empêche de recevoir un choc électrique.

Loi d'Ohm : Tension

La tension est également connue sous le nom de différence de potentiel. La différence de potentiel entre deux points d'un conducteur est égale à la différence de potentiel électrique entre deux points. La différence de potentiel dans un circuit électrique est générée par des piles ou des batteries. En unités standard, nous exprimons la différence de potentiel/tension en volts (V).

Dans les circuits électriques, la tension est générée par une pile ou une batterie, qui possède une borne positive avec un potentiel plus élevé et une borne négative avec un potentiel plus bas.

Loi d'Ohm : Le courant

Le courant est la vitesse de circulation de la charge électrique. L'appareil que nous utilisons pour mesurer le courant dans un circuit électrique s'appelle unampèremètre . L'unité standard du courant électrique est l'ampère (A).

Loi d'Ohm : La résistance

La résistance est une mesure du degré auquel les conducteurs résistent au flux d'électricité. L'unité standard de la résistance est l'ohm(Ω). La résistance d'un conducteur électrique augmente avec la longueur et diminue avec l'épaisseur. La résistance dépend également du type de matériau dont il est fait.

Pour augmenter la résistance électrique d'un circuit électrique, on peut ajouter un composant appelé résistance . Une résistance fixe obéit àlaloi d'Ohm, et différentes résistances fixes offrent différentes résistances fixes pour différentes utilisations.

Exemples de résistances qui offrent une résistance différente dans les circuits électriques.

Dérivation delaloi d'Ohm

Il n'existe pas de dérivation exacte de la formule delaloi d'Ohm. Comme indiqué précédemment, la loi a été énoncée en 1827 par Georg Simon Ohm, mais il s'agit d'une loi empirique, ce qui signifie qu'elle était à l'origine basée sur des observations plutôt que dérivée de premiers principes. Ohm a découvert la loi en observant le comportement des conducteurs ohmiques lorsqu'on leur applique un courant. Sur la base des données obtenues, Ohm a affirmé qu'il existait une relation linéaire entre le courant et l'intensité, mais il n'a pas déduit la loi de façon théorique.

La formule delaloi d'Ohm revisitée

Maintenant que nous avons découvert ce que signifie chaque terme delaloi d'Ohm,rappelons la formule :

$V=IR$

Ou, pour l'exprimer en mots :

$\mathrm{voltage}=\mathrm{current}\times \mathrm{resistance}$

Nous pouvons voir dans l'équation qu'il existe une relation directe entre la tension et l'intensité du courant. On dit que la tension aux bornes d'un conducteur est directement proportionnelle au courant qui le traverse. Cela signifie que si nous augmentons d'un certain facteur le courant qui traverse un conducteur, la tension augmentera du même facteur et vice versa. Par exemple, si nous doublons la différence de potentiel aux bornes d'un fil, le courant qui le traverse doublera également.

Nous pouvons réarranger la formule delaloi d'Ohm pour faire de la résistance ou du courant le sujet de la formule. Si nous connaissons les valeurs de deux variables delaloi d'Ohm, nous pouvons calculer la valeur de la variable manquante restante.Par exemple, si nous connaissons le courant qui passe à travers un composant d'un circuit électrique et que nous connaissons également la différence de potentiel entre deux côtés du composant, nous pouvons calculer la résistance du conducteur à l'aide de la formule suivante :

$R=\frac{V}{I}$

Il s'agit toujours delaloi d'Ohm, simplement réarrangée pour faire de R le sujet de la formule. De même, si nous connaissons la différence de potentiel aux bornes d'un composant et sa résistance, nous pouvons calculer le courant I qui le traverse :

$I=\frac{V}{R}$

Nous pouvons utiliser le diagramme suivant pour nous rappeler comment calculer chacune des variables delaloi d'Ohm lorsque nous connaissons les valeurs des deux autres.

Triangle de la loi d'Ohm avec tension (V), courant (I) et résistance (R), Iñáki Caparros-StudySmarter Originals

Ce triangle est appelé triangle delaloi d'Ohm. Pour nous rappeler comment calculer chacun de V, I et R, nous avons placé le triangle avec V dans le segment supérieur et I et R dans les segments inférieurs. Pour calculer la valeur de l'une des variables au bas du triangle, il suffit de diviser la valeur de V par la valeur de l'autre variable restante dans la partie inférieure du triangle. V se calcule simplement en multipliant les valeurs des deux variables du segment inférieur du triangle, à savoir I et R.