Grandeurs électriques de base

• 1 L'intensité électrique (I) : mesure le débit des charges électriques
• 2 La tension électrique (U) : mesure la force qui pousse les charges
• 3 La résistance électrique (R) : mesure l'opposition au passage du courant
• 4 La puissance électrique (P) : mesure la rapidité de conversion de l'énergie

L'intensité électrique représente le débit de charges électriques dans un conducteur. C'est le nombre de charges électriques (électrons) qui traversent une section du conducteur par unité de temps.

Où :

• I : intensité électrique (en ampères, A)
• Q : charge électrique (en coulombs, C)
• t : temps (en secondes, s)

• Unité principale : l'ampère (A)
• Sous-multiples courants : milliampère (mA), microampère (µA)
• 1 A = 1000 mA = 1 000 000 µA

• L'intensité est une grandeur scalaire
• Elle se mesure en série avec un ampèremètre
• Dans un circuit en série, l'intensité est la même partout
• Dans un circuit en dérivation, l'intensité se divise

La tension électrique, aussi appelée différence de potentiel, représente la force qui pousse les charges électriques à circuler dans un circuit. C'est l'énergie fournie par un générateur pour déplacer les charges.

Où :

• U : tension électrique (en volts, V)
• W : énergie (en joules, J)
• Q : charge électrique (en coulombs, C)

• Unité principale : le volt (V)
• Sous-multiples courants : millivolt (mV), kilovolt (kV)
• 1 kV = 1000 V = 1 000 000 mV

• La tension est une grandeur scalaire
• Elle se mesure en parallèle avec un voltmètre
• Dans un circuit en série, la tension se répartit
• Dans un circuit en dérivation, la tension est la même partout

La résistance électrique est la propriété d'un matériau à s'opposer au passage du courant électrique. Elle dépend des caractéristiques physiques du conducteur.

Où :

• R : résistance électrique (en ohms, Ω)
• ρ : résistivité du matériau (en Ω·m)
• L : longueur du conducteur (en m)
• S : section du conducteur (en m²)

• Unité principale : l'ohm (Ω)
• Multiples courants : kiloohm (kΩ), mégohm (MΩ)
• 1 MΩ = 1000 kΩ = 1 000 000 Ω

• La résistance dépend du matériau et de sa géométrie
• Elle provoque un échauffement (effet Joule)
• Elle limite le courant dans un circuit
• Elle est liée à la tension et l'intensité par la loi d'Ohm

Georg Simon Ohm était un physicien allemand qui a découvert en 1827 la relation fondamentale entre l'intensité, la tension et la résistance dans un circuit électrique.

La loi d'Ohm établit que dans un conducteur ohmique (résistance constante), l'intensité du courant est proportionnelle à la tension appliquée :

Soit aussi :

• I = U / R
• R = U / I

• La température du conducteur doit être constante
• Le conducteur doit être linéaire (ohmique)
• Le courant doit être continu ou lentement variable

La puissance électrique est la rapidité avec laquelle l'énergie électrique est convertie en une autre forme d'énergie (thermique, lumineuse, mécanique, etc.).

Où :

• P : puissance électrique (en watts, W)
• W : énergie (en joules, J)
• t : temps (en secondes, s)

En combinant la loi d'Ohm avec la définition de la puissance, on obtient plusieurs formulations :

• Unité principale : le watt (W)
• Multiples : kilowatt (kW), mégawatt (MW)
• Exemples : lampe 60W, four électrique 2000W, centrale nucléaire 1000 MW

James Prescott Joule était un physicien britannique qui a découvert que le passage du courant électrique dans un conducteur provoque un échauffement.

Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, les électrons en mouvement rencontrent des obstacles (atomes du matériau), ce qui provoque des collisions. Ces collisions transforment l'énergie électrique en énergie thermique (chaleur).

L'énergie thermique produite par effet Joule pendant une durée Δt est donnée par :

Où :

• E : énergie thermique (en joules, J)
• P : puissance dissipée (en watts, W)
• R : résistance (en ohms, Ω)
• I : intensité (en ampères, A)
• Δt : durée (en secondes, s)

Dans un circuit en série, les dipôles sont connectés les uns après les autres, formant une seule boucle fermée. Le courant ne dispose que d'un seul chemin possible.

• L'intensité est la même en tout point du circuit
• La tension totale est la somme des tensions partielles
• La résistance équivalente est la somme des résistances
• Si un dipôle est défectueux, tout le circuit est coupé

Dans un circuit en dérivation, les dipôles sont connectés entre les mêmes points, formant plusieurs branches parallèles. Le courant peut emprunter plusieurs chemins.

• La tension est la même aux bornes de chaque branche
• L'intensité totale est la somme des intensités partielles
• La résistance équivalente est inférieure à la plus petite résistance
• Si un dipôle est défectueux, les autres continuent de fonctionner

• Se branche en série dans le circuit
• Doit avoir une résistance interne très faible
• Se note souvent A dans les schémas
• Peut être intégré dans un multimètre

• Se branche en parallèle avec le dipôle
• Doit avoir une résistance interne très élevée
• Se note souvent V dans les schémas
• Peut être intégré dans un multimètre

Le multimètre est un instrument universel qui permet de mesurer l'intensité, la tension, la résistance, et parfois d'autres grandeurs comme la fréquence ou la capacité.

• Mode série pour mesurer l'intensité
• Mode parallèle pour mesurer la tension
• Mode ohmmètre pour mesurer la résistance

• 1 Identifier les données : U = 9V, R = 30Ω
• 2 Appliquer la loi d'Ohm : I = U / R
• 3 Effectuer le calcul : I = 9 / 30
• 4 Donner le résultat : I = 0,3 A

Le courant de 0,3 A est raisonnable pour une lampe alimentée par une pile de 9V. La puissance consommée est P = U × I = 9 × 0,3 = 2,7 W.

Dans un circuit en série : R_eq = R₁ + R₂ = 10 + 20 = 30Ω

Appliquer la loi d'Ohm : I = U / R_eq = 12 / 30 = 0,4 A

U₁ = R₁ × I = 10 × 0,4 = 4V
U₂ = R₂ × I = 20 × 0,4 = 8V
Vérification : U₁ + U₂ = 4 + 8 = 12V ✓

Dans un circuit en dérivation, la tension est la même partout : U = 9V

I₁ = U / R₁ = 9 / 15 = 0,6 A
I₂ = U / R₂ = 9 / 30 = 0,3 A

Dans un circuit en dérivation : I = I₁ + I₂ = 0,6 + 0,3 = 0,9 A

1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ = 1/15 + 1/30 = 2/30 + 1/30 = 3/30 = 1/10
Donc R_eq = 10Ω

Vérification : I = U / R_eq = 9 / 10 = 0,9 A ✓

• Tension du secteur : 230V en France
• Fusibles pour protéger contre les surintensités
• Disjoncteurs différentiels pour la sécurité
• Montage en dérivation pour les appareils

• Lampe LED : 5-10W
• Lampe incandescente : 40-100W
• Fer à repasser : 1000-2000W
• Four électrique : 2000-3000W
• Chauffe-eau : 1500-3000W

La consommation électrique s'exprime en kilowattheures (kWh) :
E = P × t, où E est en kWh, P en kW et t en heures

Exemple : un radiateur de 1500W (1,5kW) fonctionnant 8h consomme :
E = 1,5 × 8 = 12 kWh

• Intensité (I) : débit de charges (ampère, A)
• Tension (U) : force du courant (volt, V)
• Résistance (R) : opposition au courant (ohm, Ω)
• Puissance (P) : rapidité de conversion (watt, W)

• Loi d'Ohm : U = R × I
• Puissance : P = U × I = R × I² = U²/R
• Effet Joule : E = R × I² × Δt

• Série : I constant, U se répartit, R_eq = ΣR
• Dérivation : U constant, I se divise, 1/R_eq = Σ(1/R)