Exetat · Physique

Courant, loi d'Ohm et résistances

28 items d'entraînement portent sur cette notion.

Toutes les notions de Physique

Le courant électrique est un déplacement de charges, comme de l'eau qui coule dans un tuyau ; la résistance freine ce passage. L'Exetat demande la quantité d'électricité, la loi d'Ohm, la résistance d'un fil, les montages en série et en parallèle, et la lecture d'un galvanomètre.

L'essentiel

  • L'intensité I (en ampères, A) est la quantité d'électricité qui passe chaque seconde : I = Q/t, donc Q = I·t, avec Q en coulombs et t en SECONDES. Un ampère-heure (A·h) vaut 3 600 C.
  • Loi d'Ohm pour un conducteur ohmique : U = R·I. La tension U en volts (V), la résistance R en ohms (Ω), l'intensité I en ampères. Donc I = U/R et R = U/I.
  • Résistance d'un fil : R = ρ·L/S. ρ (rhô) est la résistivité du métal (cuivre ≈ 1,7 × 10⁻⁸ Ω·m), L la longueur en m, S la section en m². Un fil plus long résiste plus, un fil plus gros résiste moins. Conversions : 1 mm² = 10⁻⁶ m² ; 1 cm² = 10⁻⁴ m². Pour une ligne aller-retour, L = 2 × la distance.
  • En série (les uns derrière les autres) : le même courant traverse tout, les tensions s'additionnent, et R = R₁ + R₂ + … La résistance équivalente est plus GRANDE que chacune.
  • En parallèle (en dérivation) : chaque branche a la même tension, les courants s'additionnent (loi des nœuds : I = I₁ + I₂ + …), et 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + … Pour deux résistances : R = R₁·R₂/(R₁ + R₂). Deux résistances égales donnent la moitié. La résistance équivalente est plus PETITE que la plus petite.
  • Appareils de mesure : l'ampèremètre se branche en série (il doit être traversé par le courant), le voltmètre en dérivation (aux bornes de l'appareil). Pour faire mesurer de plus grands courants à un galvanomètre, on place en parallèle une petite résistance, le shunt.
  • Galvanomètre : la déviation est proportionnelle au courant. Sa sensibilité s = déviation/intensité (en mm par mA). Pour un autre courant : déviation = s × I ; l'intensité maximale correspond à la longueur de l'échelle : I(max) = longueur/s.

Les formules

Intensité
I = Q/t ; Q = I·t
t en secondes
Loi d'Ohm
U = R·I
V, Ω, A
Résistance d'un fil
R = ρ·L/S
1 mm² = 10⁻⁶ m² ; 1 cm² = 10⁻⁴ m²
Série
R = R₁ + R₂ + R₃
même courant partout
Parallèle
1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ ; deux résistances : R = R₁·R₂/(R₁ + R₂)
même tension partout
Loi des nœuds
I = I₁ + I₂ + I₃
courant principal = somme des branches
Sensibilité d'un galvanomètre
s = déviation/I
en mm par mA

La méthode

  1. 1Convertis : minutes et heures en secondes, mm² ou cm² en m², km en m, mA en A.
  2. 2Circuit mixte : remplace d'abord chaque groupe en série par sa somme, puis chaque groupe en parallèle par sa résistance équivalente, jusqu'à n'avoir qu'une seule résistance.
  3. 3Applique la loi d'Ohm au circuit entier pour le courant principal : I = U/R(équivalente).
  4. 4Pour une branche en parallèle, utilise la tension commune : I(branche) = U/R(branche). Vérifie que la somme des branches redonne le courant principal.
  5. 5Contrôle : en parallèle, R(éq) est plus petite que la plus petite résistance ; en série, plus grande que la plus grande.

Un exemple résolu

Deux résistances R₁ = 4 Ω et R₂ = 8 Ω, montées en série, sont placées en parallèle avec R₃ = 6 Ω. L'ensemble est soumis à 24 V. Calcule le courant principal et le courant dans chaque branche.

  1. 1.Branche série : R₁ + R₂ = 4 + 8 = 12 Ω.
  2. 2.En parallèle avec 6 Ω : R(éq) = 12 × 6/(12 + 6) = 72/18 = 4 Ω.
  3. 3.Courant principal : I = U/R(éq) = 24/4 = 6 A.
  4. 4.Chaque branche est sous 24 V : I(12 Ω) = 24/12 = 2 A et I(6 Ω) = 24/6 = 4 A.
  5. 5.Vérification par la loi des nœuds : 2 + 4 = 6 A.

Réponse : Courant principal 6 A ; 2 A dans la branche R₁ + R₂ et 4 A dans R₃.

Les pièges à éviter

  • Laisser le temps en minutes dans Q = I·t : le courant ou la charge devient soixante fois faux.
  • Laisser la section en mm² ou en cm² dans R = ρ·L/S : 1 mm² = 10⁻⁶ m² et 1 cm² = 10⁻⁴ m².
  • Oublier le fil de retour d'une ligne bifilaire (L = 2 × distance), ou le doubler alors que l'énoncé donne déjà la résistance TOTALE.
  • S'arrêter à 1/R en parallèle (0,5 au lieu de 2 Ω) : il faut encore prendre l'inverse.
  • Partager la tension entre des résistances en parallèle comme en série : en parallèle, chaque branche reçoit la tension totale.

À retenir

U = R·I et I = Q/t ; en série les résistances s'additionnent, en parallèle ce sont leurs inverses.

Les outils utiles