Relation tension-intensité | Physique-Chimie Seconde
Introduction
Découvrez la relation fondamentale entre tension et intensité
Définition de la relation tension-intensité
Relation fondamentale
La relation tension-intensité dans un circuit électrique décrit comment l'intensité du courant électrique varie en fonction de la tension appliquée.
Où :
- U est la tension en volts (V)
- I est l'intensité en ampères (A)
- R est la résistance en ohms (Ω)
Loi d'Ohm
Découverte de la loi
Georg Simon Ohm a découvert expérimentalement la relation entre la tension, l'intensité et la résistance dans un circuit électrique.
La loi d'Ohm énonce que dans un conducteur ohmique, la tension est proportionnelle à l'intensité du courant.
- I = U/R (calcul de l'intensité)
- R = U/I (calcul de la résistance)
Conducteurs ohmiques
Comportement linéaire
Un conducteur ohmique est un dipôle électrique qui obéit à la loi d'Ohm : la tension à ses bornes est proportionnelle à l'intensité du courant qui le traverse.
- La résistance R est constante
- La relation U = R × I est linéaire
- Le graphe U = f(I) est une droite passant par l'origine
- Résistances électriques
- Fils métalliques (dans certaines conditions)
- Résistances chauffantes
Conducteurs non ohmiques
Comportement non linéaire
Un conducteur non ohmique est un dipôle électrique qui ne suit pas la loi d'Ohm : la tension à ses bornes n'est pas proportionnelle à l'intensité du courant.
- La résistance n'est pas constante
- La relation U = f(I) est non linéaire
- Le graphe U = f(I) n'est pas une droite
- Diodes
- Transistors
- Lampes à incandescence
- LED (diodes électroluminescentes)
Représentation graphique
Courbe caractéristique
Le graphique U = f(I) (tension en fonction de l'intensité) est appelé caractéristique du dipôle.
- Axe des abscisses : intensité I (en ampères)
- Axe des ordonnées : tension U (en volts)
- Origine : point (0, 0)
- Conducteur ohmique : droite passant par l'origine
- Diode : portion non linéaire avec seuil de conduction
- Lampe à incandescence : courbe non linéaire
Exercice 1 : Calcul de résistance
Application numérique
Un conducteur ohmique est traversé par un courant de 0,5 A lorsqu'il est soumis à une tension de 10 V. Calculer la valeur de sa résistance.
2 Formule : R = U/I
3 Application : R = 10/0,5 = 20 Ω
4 Réponse : La résistance est de 20 ohms
Exercice 2 : Calcul de tension
Application inverse
Une résistance de 50 Ω est traversée par un courant de 0,2 A. Calculer la tension à ses bornes.
2 Formule : U = R × I
3 Application : U = 50 × 0,2 = 10 V
4 Réponse : La tension est de 10 volts
Exercice 3 : Calcul d'intensité
Application avec division
Une résistance de 200 Ω est soumise à une tension de 12 V. Calculer l'intensité du courant qui la traverse.
2 Formule : I = U/R
3 Application : I = 12/200 = 0,06 A = 60 mA
4 Réponse : L'intensité est de 0,06 ampères (60 milliampères)
Influence de la température
Effet thermique
La résistance d'un conducteur ohmique dépend de la température :
- À température constante : R est constante
- À température variable : R varie
- Le coefficient de température affecte la relation U = R × I
- Résistances chauffantes : variation de température
- Lampes à incandescence : fil chauffe, résistance change
- Capteurs de température : basés sur la variation de R
Applications pratiques
Utilisations quotidiennes
- Radiateurs électriques : résistances chauffantes
- Lampe halogène : fil à haute température
- Four électrique : éléments chauffants
- Plaque de cuisson : résistances de chauffe
- Résistances de précision : pour contrôler l'intensité
- Diviseurs de tension : pour obtenir des tensions spécifiques
- Protection des circuits : limitation de courant
Exercice 4 : Analyse de circuit
Problème complet
Un circuit comporte un générateur de 12 V, une résistance R₁ = 30 Ω et une résistance R₂ = 60 Ω branchées en série.
1. Calculer la résistance totale du circuit.
2. Calculer l'intensité du courant dans le circuit.
3. Calculer la tension aux bornes de chaque résistance.
Solution de l'exercice 4
Correction détaillée
En série, les résistances s'additionnent : R_total = R₁ + R₂ = 30 + 60 = 90 Ω
La résistance totale du circuit est de 90 ohms.
Loi d'Ohm : I = U_total / R_total = 12 / 90 = 0,133 A
L'intensité est la même partout dans un circuit en série : 0,133 A.
U₁ = R₁ × I = 30 × 0,133 = 4 V
U₂ = R₂ × I = 60 × 0,133 = 8 V
Vérification : U₁ + U₂ = 4 + 8 = 12 V ✓
Résumé
Points clés
- U = R × I
- Valable pour les conducteurs ohmiques
- Relation linéaire entre tension et intensité
- Ohmiques : relation linéaire U = R × I
- Non ohmiques : relation non linéaire
- Calculs dans les circuits électriques
- Conception d'appareils électriques
- Protection des circuits
Conclusion
Félicitations !
Continuez à pratiquer pour renforcer vos compétences