Les circuits électriques sont omniprésents dans notre vie de tous les jours. Des circuits intégrés complexes qui contrôlent l'appareil sur lequel vous lisez cet article au câblage qui vous permet d'allumer et d'éteindre une ampoule dans votre maison, toute votre vie serait radicalement différente si vous n'étiez pas entouré de circuits partout vous allez.

Mais la plupart des gens n'apprennent pas vraiment le fonctionnement du circuit et les équations assez simples - comme la loi d'Ohm - qui expliquent les relations entre des concepts clés comme la résistance électrique, la tension et le courant électrique. Cependant, approfondir un peu la physique de l'électronique peut vous donner un aperçu beaucoup plus approfondi des règles fondamentales sur lesquelles repose la technologie la plus moderne.
Qu'est-ce que la loi d'Ohm?

La loi d'Ohm est l'une des équations les plus importantes quand il s'agit de comprendre les circuits électriques, mais si vous voulez le comprendre, vous aurez besoin d'une bonne compréhension des concepts de base qu'il relie: tension
, courant
et résistance
. La loi d'Ohm est simplement l'équation qui décrit la relation entre ces trois quantités pour la plupart des conducteurs.

La tension est le terme le plus couramment utilisé pour la différence de potentiel électrique entre deux points, et elle fournit la "poussée" qui permet à l'électricité charge pour se déplacer dans une boucle conductrice.

Le potentiel électrique est une forme d'énergie potentielle, comme l'énergie potentielle gravitationnelle, et il est défini comme l'énergie potentielle électrique par unité de charge. L'unité SI pour la tension est le volt (V) et 1 V \u003d 1 J /C, soit un joule d'énergie par coulomb de charge. Il est parfois aussi appelé force électromotrice
ou EMF.

Le courant électrique est le taux de flux de charge électrique au-delà d'un point donné dans un circuit, qui a l'unité SI de l'ampère (A) , où 1 A \u003d 1 C /s (un coulomb de charge par seconde). Il se présente sous la forme de courant continu (DC) et de courant alternatif (AC), et bien que DC soit plus simple, les circuits AC sont utilisés pour alimenter la plupart des foyers du monde entier car il est plus facile et plus sûr de transmettre sur de longues distances.

Le concept final que vous devrez comprendre avant d'aborder la loi d'Ohm est la résistance, qui est une mesure de l'opposition au flux de courant dans un circuit. L'unité SI pour la résistance est l'ohm (qui utilise la lettre grecque oméga, Ω), où 1 Ω \u003d 1 V /A.
Équation de la loi d'Ohm

Le physicien allemand Georg Ohm a décrit la relation entre la tension , courant et résistance dans son équation éponyme. La formule de la loi d'Ohm est:
V \u003d IR

où V
est la différence de tension ou de potentiel, I
est la quantité de courant et de résistance R
est la quantité finale.

L'équation peut être réorganisée de manière simple pour produire une formule de calcul du courant basé sur la tension et la résistance, ou une résistance basée sur le courant et la tension. Si vous n'êtes pas à l'aise pour réorganiser les équations, vous pouvez rechercher un triangle de lois d'Ohm (voir Ressources), mais c'est assez simple pour quiconque connaît les règles de base de l'algèbre.

Les points clés de l'équation de la loi d'Ohm montre que la tension est directement proportionnelle au courant électrique (donc plus la tension est élevée, plus le courant est élevé), et ce courant est inversement proportionnel à la résistance (donc plus la résistance est élevée, plus le courant est faible).

Vous pouvez utiliser l'analogie du débit d'eau pour vous souvenir des points clés, qui est basé sur un tuyau avec une extrémité en haut d'une colline et une extrémité en bas. La tension est comme la hauteur de la colline (une colline plus raide et plus haute signifie plus de tension), le flux de courant est comme le flux d'eau (l'eau coule plus rapidement sur une colline plus raide) et la résistance est comme le frottement entre les côtés du tuyau et l'eau (un tuyau plus fin crée plus de friction et réduit la vitesse du flux d'eau, comme une résistance plus élevée pour le flux de courant électrique).
Pourquoi la loi d'Ohm est-elle importante?

La loi d'Ohm est d'une importance vitale décrire les circuits électriques car il relie la tension au courant, la valeur de résistance modérant la relation entre les deux. Pour cette raison, vous pouvez utiliser la loi d'Ohm pour contrôler la quantité de courant dans un circuit, ajouter des résistances pour réduire le flux de courant et les retirer pour augmenter la quantité de courant.

Il peut également être étendu pour décrire la puissance électrique (le débit d'énergie par seconde), car la puissance P \u003d IV, et vous pouvez donc l'utiliser pour vous assurer que votre circuit fournit suffisamment d'énergie pour, disons, un appareil de 60 watts.

Pour les étudiants en physique , la chose la plus importante à propos de la loi d'Ohm est qu'elle vous permet d'analyser les schémas de circuits, surtout lorsque vous les combinez avec les lois de Kirchhoff, qui en découlent.

La loi de tension de Kirchhoff stipule que la tension chute autour de tout circuit fermé boucle dans un circuit est toujours égale à zéro, et la loi actuelle stipule que la quantité de courant circulant dans une jonction ou un nœud dans un circuit est égale à la quantité qui en sort. Vous pouvez utiliser la loi d'Ohm avec la loi de tension en particulier pour calculer la chute de tension à travers n'importe quel composant d'un circuit, ce qui est un problème courant dans les cours d'électronique.
Exemples de lois d'Ohm

Vous pouvez utiliser la loi d'Ohm pour trouver toute quantité inconnue des trois, à condition que vous connaissiez les deux autres quantités pour le circuit électrique en question. L'examen de quelques exemples de base vous montre comment procéder.

Tout d'abord, imaginez que vous avez une batterie de 9 volts raccordée à un circuit avec une résistance totale de 18 Ω. Quelle quantité de courant circule lorsque vous connectez le circuit? En réorganisant la loi d'Ohm (ou en utilisant un triangle), vous pouvez trouver:
\\ begin {aligné} I &\u003d \\ frac {V} {R} \\\\ &\u003d \\ frac {9 \\ text {V}} {18 \\ text {Ω}} \\\\ &\u003d 0,5 \\ text {A} \\ end {aligné}

Donc 0,5 ampères de courant circule autour du circuit. Imaginez maintenant qu'il s'agit de la quantité de courant parfaite pour un composant que vous souhaitez alimenter, mais vous ne disposez que d'une batterie 12 V. Quelle résistance devez-vous ajouter pour vous assurer que le composant obtient la quantité optimale de courant? Encore une fois, vous pouvez réorganiser la loi d'Ohm et la résoudre pour trouver la réponse:
\\ begin {aligné} R &\u003d \\ frac {V} {I} \\\\ &\u003d \\ frac {12 \\ text {V}} {0.5 \\ text {A}} \\\\ &\u003d 24 \\ text {Ω} \\ end {aligné}

Vous auriez donc besoin d'une résistance de 24 Ω pour compléter votre circuit. Enfin, quelle est la chute de tension aux bornes d'une résistance de 5 Ω dans un circuit avec 2 A de courant qui le traverse? Cette fois, la forme standard V \u003d IR de la loi fonctionne très bien:
\\ begin {aligné} V &\u003d IR \\\\ &\u003d 2 \\ text {A} × 5 \\ text {Ω} \\\\ &\u003d 10 \\ text {V} \\ end {aligné} Résistances ohmiques et non ohmiques

Vous pouvez utiliser la loi d'Ohm dans un large éventail de situations, mais il y a des limites à sa validité - ce n'est pas une loi vraiment fondamentale de la physique. La loi décrit une relation linéaire entre la tension et le courant, mais cette relation ne s'applique que si la résistance ou l'élément de circuit résistif avec lequel vous travaillez a une résistance constante sous différentes tensions V
et courant I
valeurs.

Les matériaux qui obéissent à cette règle sont appelés résistances ohmiques, et bien que la plupart des problèmes physiques impliquent des résistances ohmiques, vous serez familier avec de nombreuses résistances non ohmiques de votre vie quotidienne.

Une ampoule est un exemple parfait d'une résistance non ohmique. Lorsque vous faites un graphique de V
par rapport à I
pour les résistances ohmiques, cela montre une relation complètement linéaire, mais si vous le faites pour quelque chose comme une ampoule, la situation change . À mesure que le filament de l'ampoule se réchauffe, la résistance de l'ampoule augmente
, ce qui signifie que le graphique devient une courbe plutôt qu'une ligne droite, et la loi d'Ohm ne s'applique pas.