Notions de Courant, Tension, Résistance | Sciences de l'Ingénieur 1ère
Introduction
Découvrez les fondements de l'électricité en sciences de l'ingénieur
Définition du courant électrique
Concepts fondamentaux
Le courant électrique est le déplacement ordonné des charges électriques (électrons) dans un conducteur.
Il est noté I et s'exprime en ampères (A).
Le sens conventionnel du courant est opposé au sens de déplacement des électrons.
On peut comparer le courant électrique au débit d'eau dans un tuyau :
- Le courant électrique est comparable au débit d'eau
- Plus le débit est fort, plus le courant est intense
- Le courant est constant dans un circuit série
Définition de la tension électrique
Différence de potentiel
La tension électrique est la différence de potentiel entre deux points d'un circuit.
Elle est notée U ou V et s'exprime en volt (V).
La tension est la cause du mouvement des charges électriques.
On peut comparer la tension électrique à la pression d'eau dans un tuyau :
- La tension est comparable à la pression
- Plus la pression est grande, plus le débit est fort
- Plus la tension est grande, plus le courant est intense
Où U est la tension, W est le travail effectué (énergie), et Q est la charge électrique.
Définition de la résistance électrique
Opposition au passage du courant
La résistance électrique est l'opposition qu'offre un matériau au passage du courant électrique.
Elle est notée R et s'exprime en ohms (Ω).
La résistance dépend du matériau, de la longueur et de la section du conducteur.
On peut comparer la résistance électrique à un obstacle dans un tuyau :
- La résistance est comparable à un étranglement
- Plus l'obstacle est grand, plus le débit est réduit
- Plus la résistance est grande, plus le courant est faible
Où ρ est la résistivité du matériau, L est la longueur du conducteur, et S est la section du conducteur.
Loi d'Ohm
Relation fondamentale
La loi d'Ohm établit la relation entre le courant, la tension et la résistance dans un circuit électrique.
Elle s'exprime par la formule : U = R × I
Où U est la tension (en volts), R est la résistance (en ohms), et I est le courant (en ampères).
- I = U / R (calcul du courant)
- R = U / I (calcul de la résistance)
Cette relation est linéaire et ne s'applique qu'aux conducteurs ohmiques.
Circuit série et parallèle
Configuration des circuits
Dans un circuit série :
- Le courant est le même dans tous les composants
- La tension totale est la somme des tensions partielles
- La résistance équivalente est la somme des résistances
Formule : Réq = R₁ + R₂ + ... + Rn
Dans un circuit parallèle :
- La tension est la même aux bornes de chaque composant
- Le courant total est la somme des courants partiels
- La résistance équivalente est inférieure à la plus petite résistance
Formule : 1/Réq = 1/R₁ + 1/R₂ + ... + 1/Rn
Puissance électrique
Énergie par unité de temps
La puissance électrique est l'énergie consommée ou fournie par unité de temps.
Elle est notée P et s'exprime en watts (W).
La puissance représente le taux de conversion d'énergie électrique en une autre forme d'énergie.
- P = U × I (puissance = tension × courant)
- P = R × I² (puissance = résistance × courant²)
- P = U² / R (puissance = tension² / résistance)
La puissance est une grandeur essentielle pour dimensionner les composants électriques.
Exercice d'application
Problème électrique
Un circuit électrique simple est composé d'une pile de 9 volts et d'une résistance de 300 ohms.
1. Calculez l'intensité du courant qui traverse le circuit.
2. Calculez la puissance dissipée par la résistance.
3. Si on ajoute une deuxième résistance de 600 ohms en série, quelle est la nouvelle intensité du courant ?
Solution de l'exercice
Correction détaillée
Données : U = 9 V, R = 300 Ω
Utilisation de la loi d'Ohm : I = U / R
I = 9 / 300 = 0,03 A = 30 mA
L'intensité du courant est de 30 milliampères.
Utilisation de la formule : P = U × I
P = 9 × 0,03 = 0,27 W
La puissance dissipée par la résistance est de 0,27 watts.
On peut aussi utiliser P = U² / R = 9² / 300 = 81 / 300 = 0,27 W
Avec une deuxième résistance de 600 Ω en série :
Réq = R₁ + R₂ = 300 + 600 = 900 Ω
I = U / Réq = 9 / 900 = 0,01 A = 10 mA
La nouvelle intensité du courant est de 10 milliampères.
Résumé
Points clés
- Le courant électrique (I) mesure le débit de charges électriques (en ampères)
- La tension électrique (U) est la différence de potentiel (en volts)
- La résistance électrique (R) oppose une résistance au passage du courant (en ohms)
- U = R × I (relation fondamentale)
- I = U / R (pour calculer le courant)
- R = U / I (pour calculer la résistance)
- P = U × I (formule générale)
- P = R × I² (utile dans les circuits résistifs)
- P = U² / R (utile quand on connaît tension et résistance)
Conclusion
Félicitations !
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