Loi d'Ohm : Laboratoire Virtuel Guide

PhysiqueDébutantTemps de lecture: 3 min

Aperçu

La loi d'Ohm est le fondement de l'analyse des circuits, décrivant la relation quantitative entre le courant, la tension et la résistance dans un conducteur. Grâce à cette simulation interactive, vous vérifierez personnellement la formule $V = IR$ et explorerez comment la tension et la résistance déterminent ensemble l'intensité du courant.

Contexte

En 1826, le physicien allemand Georg Simon Ohm a découvert cette relation quantitative fondamentale grâce à une expérimentation approfondie. Bien que ses conclusions aient été initialement négligées, elles se sont révélées plus tard être l'une des pierres angulaires les plus importantes de la science électrique. La loi d'Ohm ne s'applique pas seulement aux résistances individuelles, mais sert également de point de départ pour l'analyse de réseaux de circuits complexes.

Concepts clés

Tension ( $V$ )

V \text{ (Volts, V)}

La 'pression' qui pousse les charges à circuler, fournie par une source d'énergie. Une tension plus élevée fournit plus de force motrice pour le mouvement des charges. Dans les schémas de circuits, elle est généralement fournie par des piles ou batteries.

Résistance ( $R$ )

R \; (\Omega)

L'opposition qu'offre un conducteur au passage du courant. La résistance est déterminée par le matériau, la longueur et la section transversale du conducteur, et ne varie pas avec la tension.

Courant ( $I$ )

I \text{ (Ampères, A)}

La quantité de charge traversant une section d'un conducteur par unité de temps. La direction du courant est définie comme la direction du mouvement des charges positives. Dans la simulation, elle est représentée par la vitesse de déplacement des points lumineux.

Formules et dérivation

Loi d'Ohm

I = \frac{V}{R}

L'intensité du courant dans un conducteur est directement proportionnelle à la tension à ses bornes et inversement proportionnelle à sa résistance. Cette formule ne s'applique qu'aux résistances linéaires.

Formules Dérivées

V = IR \quad \text{ou} \quad R = \frac{V}{I}

À partir de deux paramètres connus, on peut calculer le troisième. Note :

R = V/I

est uniquement utilisé pour calculer la valeur de la résistance ; la résistance elle-même ne change pas avec la tension.

Étapes de l'expérience

1
Explorer la relation Courant-Tension
Maintenez le curseur de résistance sur $500\Omega$ . Augmentez progressivement la tension de $1.5V$ à $9.0V$ . Observez l'évolution du courant ( $I$ ) dans le panneau de données. Vous constaterez que : à résistance constante, plus la tension est élevée, plus le courant est ____ ? (Indice : notez les valeurs à différentes tensions et vérifiez si elles sont proportionnelles).
2
Explorer la relation Courant-Résistance
Maintenez la tension sur $4.5V$ . Augmentez la résistance de $100\Omega$ à $2000\Omega$ . Observez la vitesse de déplacement des points bleus dans le circuit. Vous constaterez que : à tension constante, plus la résistance est élevée, comment évolue le courant ? (Indice : quand la résistance double, qu'arrive-t-il au courant ?).
3
Observer des cas extrêmes
Essayez de régler la tension au maximum ( $9.0V$ ) et la résistance au minimum ( $100\Omega$ ). Remarquez l'avertissement 'Courant élevé'. Lorsque le courant dépasse $25mA$ , les composants des circuits réels peuvent être endommagés en raison d'un échauffement rapide.
4
Changer le sens du courant
Basculez le bouton 'Sens du flux' pour voir la différence entre le 'Courant conventionnel' et le 'Flux d'électrons'. Réflexion : pourquoi utilisons-nous habituellement le sens du pôle positif vers le pôle négatif dans l'analyse des circuits ?

Objectifs d'apprentissage

Comprendre et énoncer avec précision la loi d'Ohm et sa signification physique
Utiliser avec aisance la méthode de contrôle des variables pour concevoir et réaliser des expériences électriques
Maîtriser l'application de $V=IR$ et de ses formules dérivées dans l'analyse de circuits de base
Développer une pensée scientifique en prédisant des données expérimentales basées sur des lois physiques

Applications réelles

Appareils ménagers : les variateurs de lumière ou les boutons de volume ajustent le courant en modifiant une résistance variable.
Sécurité des circuits : les fusibles sont conçus sur la base de l'effet thermique du courant, sautant automatiquement lorsque le courant est trop élevé (déterminé par $V/R$ ).
Technologie des capteurs : les capteurs de pression dans les balances électroniques fonctionnent en modifiant la résistance par déformation.
Charge rapide : les appareils mobiles obtiennent un courant ( $I$ ) et une puissance ( $P$ ) plus élevés en augmentant la tension de charge ( $V$ ) lorsque la résistance ( $R$ ) est limitée.
Mesure au multimètre : utilise une tension interne connue et le courant mesuré pour calculer une résistance inconnue.

Idées reçues

Erreur

La résistance dépend de la tension et du courant (

R = V/I

, donc R change si V change).

Correct

La résistance est une propriété intrinsèque du conducteur, comme la taille d'une personne ; elle ne change pas selon la vitesse à laquelle vous courez (courant) ou la force avec laquelle on vous pousse (tension). La formule

R = V/I

constitue simplement un moyen de mesurer la résistance.

Erreur

Dès qu'il y a une tension, il doit y avoir un courant.

Correct

Pas tout à fait. De même que la pression de l'eau existe même si le robinet est fermé. Le courant nécessite : 1. Une tension (source d'énergie) ; 2. Un circuit fermé.

Lectures complémentaires

Wikipedia - Ohm's Law

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Concepts clés

Tension (VVV)

Résistance (RRR)

Courant (III)