Confusion sur les notions fondamentales d'électricité (Loi d'ohm)

[invite40357369]

Bonjour à tous,

Je suis étudiant en génie mécanique et, ayant remarqué que j'aurai d'ici une ou deux années des cours d'électronique, j'ai décidé de me plonger un peu en avance dans ce domaine qui m'a d'ailleurs toujours beaucoup intéressé.

Par le passé, je suis déja passé sur quelques notions fondamentales d'électricité et d'électronique mais depuis que je me suis relancé dans le milieu, je ne cesse de m'embrouiller sur des concepts tout simples, des questions bêtes qui m'empêchent de progresser comme je le souhaiterais. C'est pourquoi je me suis inscrit sur ce forum qui m'a l'air particulièrement adapté.

Tout d'abord, veuillez m'excuser si le sujet peut sembler avoir été aborder une infinité de fois, mais j'ai passé en revue une quantité de pages webs (Wikipedia, tutoriaux youtube) sans parvenir à désembourber mon cerveau.

Le point fondamental sur lequel j'aimerais avoir un complément d'information est la notion de resistance électrique dans un circuit.

Cette vidéo m'a passablement perturbée: http://www.youtube.com/watch?v=pIAmI...eature=channel

Si l'on commence par les bases, la loi d'Ohm U = R * I affirme qu'en cas de court circuit, négligeant la résistance interne du générateur de tension, l'intensité du courant devrait tendre vers l'infini. Y'aurait-il déja déja une erreur de ma part à ce sujet?

Maintenant, si l'on ajoute une résistance d' 1 Ohm sur le circuit avec une différence de potentiel de 10volts aux bornes du générateur de tension, je devrais avoir une intensité de 10 ampères non?

Ce que je ne comprends pas, c'est que sur cette vidéo, la résistance est décrite comme "consommatrice de volts" et non comme réductrice d'intensité. J'aurais plutot eu tendance à penser qu'afin de ne pas endommager la LED, on limitait l'ampérage avec la résistance.

D'un autre coté, si l'on compare ca à un montage en série, prenons le cas de deux LEDs identiques en série sur un circuit simple, je dirais que chacun des LEDs voit la tension à ses bornes divisée par deux.

De ce point de vue, je peux tout à fait comprendre la théorie développée dans cette vidéo.

Je suis navré d'avoir infligé un tel roman aux courageux utilisateurs de ce forum, mais quelqu'un arriverait-il à m'aider à y voir clair là dedans?

Meilleures salutations,

XrayIndia
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[f6bes]

Bjr à toi,
Tout circuit électrique comporte la résistance qui constitue le circuit (dont les conducteurs).
Tendre "vers "l'infini" ne veut pas dire ...aller à l'infini. Donc il y a un "fini" constitué par la R du circuit.
Reste à savoir ce que l'on "accepte" en tant que compréhension par notion de court circuit.
Il n'y a jamais de court circuit égal à zéro ohms, mais des courants FORTS importants qui peuvent etre destructreux vis à vis de la source...et du reste.

Tu as bien 10 A qui circulent dans TOUT le circuit.
C'est les volts qui se retrouvent "réduits", (aprés passage dans la R) pas les ampéres.
Bien sur si tu LIMITES (par augmentation de ta Résistance) tu réduis de débit Amp possible.
A la limite si tu ouvres ton circuit t'as zéro Amp(R= infini).
Pour une tension DONNEE, tu réduis l'AMPERAGE dans le circuit si tu augmentes R.

A+

[inviteede7e2b6]

hello ,

je ne peux te conseiller mieux que de (re)voir tes cours de physique de première et terminale , bien plus sérieux que les élucubrations de ioutube !

[invite40357369]

C'est précisément ce point que j'ai encore du mal à comprendre: après passage dans une résistance, est-ce la tension ou l'intensité du courant qui diminue?

Si l'on prend une simple pile 9v dont on connecte les terminaux aux bornes d'une resistance d'1 Ohm, l'intensité est de 9A mais qu'en est-il du voltage?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gcortex]

si ta pile de 9V a une résistance interne de 8 ohms et que tu branches 1 ohms,

çà fait 9V dans 8+1 = 9 ohms donc 1A

donc il te reste U = R.I = 1x1 = 1V en sortie

[gienas]

Bonsoir xrayindia et tout le groupe

Bienvenue sur le frum.

... la loi d'Ohm U = R * I affirme qu'en cas de court circuit, négligeant la résistance interne du générateur de tension, l'intensité du courant devrait tendre vers l'infini. Y'aurait-il déja déja une erreur de ma part à ce sujet? ...

La loi d'Ohm a toujours raison, et, si tu prends bien toutes les "précautions" que tu annonces, ta conclusion est juste: le courant tend vers l'infini. Mais cela reste une théorie invérifiable par la pratique, puisqu'il faudrait un générateur idéal de tension, pour pouvoir le constater.

Dans la pratique, une telle source n'existe pas. Une batterie tend à l'approcher, mais n'y parvient pas, et heureusement.

Quand une grosse clef à molette tombe sur les bornes d'une grosse batterie de camion, l'intensité devient si grande que la clef est parfois désintégrée mais la batterie explose.

C'est donc tellement dangereux que c'est invérifiable.

Les vraies sources utilisées ont toujours une résistance interne, Ri, qui, en cas de court circuit, limite le courant. Sauf protection particulière, les sources courantes ne supportent pas le court circuit à leurs bornes sans subir des dommages, parfois irréversibles.

... Maintenant, si l'on ajoute une résistance d' 1 Ohm sur le circuit avec une différence de potentiel de 10volts aux bornes du générateur de tension, je devrais avoir une intensité de 10 ampères non? ...

C'est exact, te que tu le définis: tu "assures" que les 10V sont aux bornes de la source, mais c'est, en réalité, aux bornes de la résistance.

La réalité serait plutôt une source de tension à vide E (la fém ou force électro motrice) de 10V, avec une résistance interne de 0,1 ohm, indissociable de la source, donc en série avec, alimentant ta résistance de 10 ohms.

Ta source idéale de 10V voit 10,1 ohms, et le courant I ne sera que de 0,99A. Du coup, la chute de tension dans la résistance interne 0,1*0,99=0,099V ne laissera que 9,9V aux bornes de la résistance de 10 ohms.

... Ce que je ne comprends pas, c'est que sur cette vidéo, la résistance est décrite comme "consommatrice de volts" et non comme réductrice d'intensité. J'aurais plutot eu tendance à penser qu'afin de ne pas endommager la LED, on limitait l'ampérage avec la résistance ...

La résistance limite bien l'intensité. On ne doit pas dire qu'elle "consomme des volts" mais elle a bien une chute de tension à ses bornes. Cette chute vaut U=R*I.

... D'un autre coté, si l'on compare ça à un montage en série, prenons le cas de deux LEDs identiques en série sur un circuit simple, je dirais que chacun des LEDs voit la tension à ses bornes divisée par deux ...

Heu là, je ne saisis pas bien.

Une LED c'est un composant "complexe", qui doit être modélisé par une source idéale de tension, en série avec une résistance dynamique Rd très faible, en série. Cette source idéale de tension est "théorique", car elle ne fournit jamais de courant, elle ne peut qu'en recevoir. C'est un récepteur.

Sa fém est souvent baptisée Uo, c'est sa tension de seuil.

Ce seuil doit être dépassé pour que la LED s'allume, et son éclairement va varier uniquement en fonction du courant qui va la traverser.

La tension aux bornes de la diode est de la forme Ud=Uo+Rd*I

Comme Rd est très faible, il est souvent négligé. En pratique, la tension à ses bornes ne varie que très peu, entre un éclairement imperceptible et son plein allumage.

Si la tension de seuil n'est pas atteinte, le modèle de la diode (ou LED) est un circuit ouvert, et le courant est nul, comme au blocage en inverse.

Si l'on place deux LED en série, elles forment une super LED caractérisée par U'o=2Uo et R'd=2Rd

Pour les allumer toutes les deux, il faut que la source soit supérieure à 2Uo.

Ton "idée" de la division par 2 du Uo ne tient donc pas, ou alors je n'ai pas compris ce que tu supposais.

[Tropique]

C'est précisément ce point que j'ai encore du mal à comprendre: après passage dans une résistance, est-ce la tension ou l'intensité du courant qui diminue?

Si l'on prend une simple pile 9v dont on connecte les terminaux aux bornes d'une resistance d'1 Ohm, l'intensité est de 9A mais qu'en est-il du voltage?

Je crois que tu fais une erreur fondamentale pour la compréhension: tu te représentes dans ton esprit le courant d'une certaine valeur qui chemine dans un fil, rencontre une résistance, et chute à une valeur plus faible.

Ce n'est pas le cas: le courant est le même avant la résistance (en amont) et après (en aval).

Mais, si dans un circuit, tu insères une résistance (qui n'y était pas), le courant global va chuter: il "sait" instantanément quelle valeur il doit prendre en fonction du circuit.
Les tensions aux bornes des différents éléments du circuit seront également modifiées pour tenir compte de la chute de tension supplémentaire causée par la résistance.
Dire qu'une résistance diminue le courant ou la tension n'a pas de sens: les deux sont liés et sont le résultat d'un équilibre.
Quand la résistance est introduite, un nouvel équilibre est trouvé.

Dans ton exemple, si tu supposes que la batterie fait 9V, c'est une source pure, et avec 1ohm dans le circuit, le courant est bien de 9A, et la tension reste évidemment à 9V.

[invite40357369]

Merci pour vos réponses!

Navré du manque de clarté concernant le circuit à deux LEDs en série, oublions ce concept pour l'instant.

Je suis déja content d'avoir pu enfin comprendre comment calculer les chutes de tension liées aux composants grâce à la loi d'ohm.

Maintenant, j'ai un peu plus de mal avec ceci:

Ta source idéale de 10V voit 10,1 ohms, et le courant I ne sera que de 0,99A. Du coup, la chute de tension dans la résistance interne 0,1*0,99=0,099V ne laissera que 9,9V aux bornes de la résistance de 10 ohms.

Je conçois tout à fait que la résistance totale du circuit puisse être de 10,1 ohm, mais comment arrives-tu à trouver cet ampérage de 0,99A?

[invite2ca0cfba]

Salut, si tu comprends le concept de la résistance totale de 10,1 ohm il te reste juste à appliqué la loi d'ohm. On applique à la résistance totale une tension de 10V, comme I=U/R alors l'intensité du circuit est de I=10/10,1=0,99. C'est vraiment tout bête.

[invite40357369]

Aie, j'ai du mal à croire que j'aie pu ne pas comprendre directement! merci pour ton explication!

Okay, donc maintenant je sais calculer l'ampérage d'un circuit dont les résistances sont montées en série ainsi que la chute de tension liées à celles-ci.

Mais du moment que les bornes de la pile sont connectés aux bornes de la résistance, la différence de potentiel est la même aux bornes des deux éléments?

[paulfjujo]

bonsoir,

pour etre un peu plus complet , il faut parler de la Force Electro Motrice FEM qui est la tension du generateur (Pile de 9V) la resistance intrerne de ce generateur : ex:0,1 ohm
et la resistance de charge (utilisation) R=10 ohms

On a alors E=(r+R)x I
ou U=RI tension aux bornes de R
I=9 / (0,1+10)=9/10,1=0,89A
U=9- 0,1x0.89= 8,10V aux bornes de la PILE et donc de R

[invite2ca0cfba]

Tout à fait. La preuve, mets sur un schéma un voltmètre en dérivation sur la résistance puis sur la pile au final cela revient au même, tu mesures la même tension.

[invite40357369]

Ca y est j'ai compris!

On a alors E=(r+R)x I
ou U=RI tension aux bornes de R
I=9 / (0,1+10)=9/10,1=0,89A
U=9- 0,1x0.89= 8,10V aux bornes de la PILE et donc de R

C'est donc la résistance interne qui cause cette différence de 0,9V n'est-ce pas?

De mon coté, j'ai étudié un petit circuit composé d'une pile 9V (9,10 précisément) dont je néglige la résistance interne, d'un LED dont j'ignorais à la base la résistance et d'une résistance standard de 10kohm. Mon multimètre m'indiquant une intensité de 0,7mA, je trouve une résistance totale de 12,857kohm. Comme les éléments sont branchés en série, je peux affirmer que le LED a donc une résistance propre de 2,857kohm. La loi d'ohm me dit ensuite que les éléments génèrent une chute de tension approximative de 7V et 2V qui me donnent bel et bien les 9V de ma pile.

Bien, j'espère ne pas avoir commis d'erreur lors de cette expérience. Je suis dans tous les cas vraiment content d'avoir compris ces notions. Je n'avais en effet pas bien assimilé le calcul de chute de tensions. Merci à tous pour votre aide et surtout votre patience!

[gcortex]

oui mais non : le calcul rigoureux est V - Vak = R.I

[gienas]

Bonjour xrayindia et tout le groupe

Ça y est j'ai compris! ...

Heu, pas sûr.

... C'est donc la résistance interne qui cause cette différence de 0,9V n'est-ce pas? ...

Là, oui.

Bien entendu, la mesure de cette chute de 0,9V n'est pas vérifiable autrement que par le calcul. Il n'y a pas de borne permettant de brancher le multimètre au point commun entre la source idéale de tension et la résistance interne.

... Mon multimètre m'indiquant une intensité de 0,7mA, je trouve une résistance totale de 12,857kohm. Comme les éléments sont branchés en série, je peux affirmer que le LED a donc une résistance propre de 2,857kohm ...

Je suis curieux de savoir d'où tu sors la valeur 12,867k, qui te "permet" de déduire les 2,857 pour la LED, qui, à coup sûr, sont faux.

J'ai écrit au dessus, qu'une LED allumée, c'est une source idéale de tension Uo, en série avec une résistance dynamique de quelques dizaines d'ohms. Je crains que tu n'assimiles ta LED à une résistance pure, au comportement parfaitement linéaire, ce qui n'est pas la vérité.

La résistance dynamique n'est pas mesurable, elle n'est que calculable, en relevant deux tensions proches aux bornes de la LED, à deux intensités différentes. La résistance dynamique Rd sera:

Rd=delta_U/delta_I

Delta_U c'est la variation de tension relevée, et delta_I la variation d'intensité qui la provoque.


Edit: en relisant ma réponse, je note que le même "problème" existe pour la LED et la pile: on n'accède pas aux deux bornes de la résistance interne ou dynamique. Seul le fonctionnement et les mesures puis les calculs permettent de chiffrer ces résistances, mais la notion est strictement la même, bien que le nom soit différent.

On a pris l'habitude d'appeler résistance interne celle des générateurs, les vrais.

On appelle résistance dynamique cette résistance dans le cas des diodes, des LED, des Zeners.

[invite40357369]

Je suis un peu étonné que mon raisonnement soit faux. Je concois bien volontiers que la résistance d'un LED puisse ne pas être constante et que les calculs en sont complexifiés, mais il me semble tout de même que les résultats que j'obtiens sont cohérents:

Ma pile, dont je néglige la résistance interne, génère une tension de 9V et mon multimètre m'indique une intensité de 0,7mA sur le circuit.

Je peux calculer la résistance totale grâce à la loi d'ohm: R=U/I => R=9/0,0007=12'857ohm soit 12,857kohm. Etant donné que je connais la résistance de mon dipole résistif (10kohm) et que je me trouve face à deux éléments en série dans mon circuit, je pars du principe que la résistance totale du segment est égale à la somme des résistances respectives des composants qui y sont présents: 12,857 - 10 = 2,857kohm pour le LED.

une nouvelle application de la loi d'ohm me donne une chute de tension d'environ 7 et 2 volts pour la resistance et le LED respectivement, ce qui est en accord avec la loi de loi de kirchhoff.

Cependant, comme tu l'as dit, ces valeurs sont obtenues en considérant le LED de la même manière que le dipole résistif qui le précède dans le circuit.

Maintenant, j'ai un peu entendu parler des diodes de Zeners et comme il s'agit là d'un sujet un peu différent que je n'ai pas encore étudié, je propose de ne pas l'aborder sur ce topic.

Dans tous les cas, merci pour ta réponse!

[gcortex]

tu calcul est probablement bon, mais c'est pas rigoureux de considérer une led comme une résistance

pour une zener c'est le même calcul V - Vka = R.I

[gcortex]

tu calcul est probablement bon, mais c'est pas rigoureux

Et à l'époque où j'étais lycéen, les profs de physique étaient mille fois plus rigoureux :
En trouvant tous les résultats, on ne pouvait pas espérer plus que 12 !!
Heureusement que les correcteurs du bac étaient moins pointilleux

[Tropique]

Je suis un peu étonné que mon raisonnement soit faux. Je concois bien volontiers que la résistance d'un LED puisse ne pas être constante et que les calculs en sont complexifiés, mais il me semble tout de même que les résultats que j'obtiens sont cohérents:

La loi d'ohm est fondamentalement relative à un cas linéaire: d'ailleurs, U=R.I est l'équation d'une droite passant par l'origine.
Cela signifie que si on multiplie U par 10 et I par 10, la loi reste valable. Pour une LED, ou tout autre composant non-linéaire, ce n'est pas le cas, et la loi d'ohm n'a plus de sens.
Il n'existe en réalité aucun composant obéissant à la loi d'ohm, mais pour les applications quotidiennes, les composants appelés résistances sont réputés linéaires. Les semiconducteurs sont non-linéaires.

[invite2ca0cfba]

Tropique, peux tu expliquer pourquoi une résistance n'est pas linéaire ? il y a d'autres facteurs qui influent sur la valeur de la résistance ?

[invitec43221e1]

La résistance parfaite est bien linéaire le problème vient de l'alimentation.

Pour une résistance de même valeur, si on augmente U de 2, I augmente bien de 2. Mais si on regarde avec P=U.I, la puissance augmente de 4 donc vu que les alimentations ont une puissance max (pas infini), c'est cette dernière qui t'impose sa limite.

[Tropique]

Tropique, peux tu expliquer pourquoi une résistance n'est pas linéaire ? il y a d'autres facteurs qui influent sur la valeur de la résistance ?

Oui, le passage du courant et l'application d'une tension.
Le processus des électrons (ou des trous) qui migrent dans le matériau sous l'effet d'un champ électrique est très bordélique, avec collisions constantes avec des atomes, qui bougent parfois sous l'impact, des interactions mutuelles, etc.
La loi d'ohm n'est qu'une idéalisation de tout ça, mais rien n'y obéit exactement.