Loi d'Ohm
Bonjour à tous,
-étant élève, je n'ai malheureusement pas été très attentif en cours de physique et je me traîne maintenant de grosses lacunes. Je me pose quelques questions sur la loi d'[large]O[/large]hm : U=RI.
- Que se passe-t-il si on ne met pas de résistance dans un circuit comportant un générateur et une ampoule ? J'imagine que la lampe brille mais ce qui me pose problème c'est que la résistance est nulle et par conséquent ma tension devrait être nulle ? Est-ce que cette loi fonctionne lorsque R=0 ?
- Que se passe-t-il si on branche deux résistances R1 et R2 en série ? Est-ce que R = R1 + R2 ?
- Est-ce que la tension prise sur une même section de fil sans élément entre les pinces est nulle ?
- Pourquoi mettre une résistance dans un circuit ? Si sans, la lampe brille, à quoi bon réduire l'intensité ?
En vous remerciant par avance. Bien cordialement.
Sauf pour l'unité physique, Georg Simon Ohm (1789-1854) prend toujours une majuscule. AD]
-étant élève, je n'ai malheureusement pas été très attentif en cours de physique et je me traîne maintenant de grosses lacunes. Je me pose quelques questions sur la loi d'[large]O[/large]hm : U=RI.
- Que se passe-t-il si on ne met pas de résistance dans un circuit comportant un générateur et une ampoule ? J'imagine que la lampe brille mais ce qui me pose problème c'est que la résistance est nulle et par conséquent ma tension devrait être nulle ? Est-ce que cette loi fonctionne lorsque R=0 ?
- Que se passe-t-il si on branche deux résistances R1 et R2 en série ? Est-ce que R = R1 + R2 ?
- Est-ce que la tension prise sur une même section de fil sans élément entre les pinces est nulle ?
- Pourquoi mettre une résistance dans un circuit ? Si sans, la lampe brille, à quoi bon réduire l'intensité ?
En vous remerciant par avance. Bien cordialement.
Sauf pour l'unité physique, Georg Simon Ohm (1789-1854) prend toujours une majuscule. AD]
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Réponses
- Est-ce que la tension aux bornes de R1 est la même que celle aux bornes de R2 et la même que celle entre (R1 et R2).
- Est-ce que l'intensité du courant est la même (avant R1) ; (entre R1 et R2) et après R2 ? J'aurai tendance à penser qu'elle est max avant le passage dans R1 et min après le passage de R2 ?
Pour deux résistances en série : mettons qu'on met $R_1$ entre $A$ et $B$ et $R_2$ entre $B$ et $C$. Alors $U_{AB}=R_1 I$ et $U_{BC}=R_2I$ donc $U_{AC}=(R_1+R_2)I$, par conséquent on a bien $R=R_1+R_2$.
"est-ce que la tension prise sur une même section de fil sans élément entre les pinces est nulle ? " : oui (ou du moins très proche de 0 car la résistance d'un fil est non nulle quoique très faible).
"Pourquoi mettre une résistance dans un circuit ?" : c'est une modélisation. Dans la vie réelle, on peut mettre des appareils dans un circuit, qui ont une certaine résistance. Ou bien on peut vouloir limiter l'intensité dans une portion du circuit.
Je ne savais pas que la lampe avait elle même une résistance.
Si j'imagine le fil comme une rivière et l'intensité comme le débit, il est bien le même partout en effet. Mais si je place une écluse qui jouerait le rôle d'une résistance, alors le débit en sortie d'écluse serait diminué et par analogie, l'intensité serait plus faible après la résistance ?
Quant à l'analogie avec une écluse, elle me semble mauvaise car une écluse peut s'ouvrir et se fermer. Je vois plutôt une résistance comme un goulot d'étranglement, qui ralentit le débit aussi bien avant qu'après. Le débit doit être le même partout sur la rivière (s'il n'y a pas d'apport extérieur d'eau, ni de déperdition, et si le niveau de l'eau est constant) puisque d'une section donnée doivent sortir autant de molécules d'eau qu'il n'en rentre.
Je te remercie beaucoup d'avoir pris le temps de me répondre.
Bien cordialement.
La loi d'ohm est ce qu'on appelle une loi constitutive. Elle n'a pas validité universelle (comme les équations de Maxwell) mais sa validité dépend des conditions physiques/chimiques etc... du milieu. Autrement dit un materiau peut être un conducteur ohmique sous certaines conditions et pas dans d'autres conditions.
Ceci dit, il existe pour simplifier différentes modélisations d'un circuit électrique. La modélisation la plus simple est celle qu'on appelle modélisation à composantes discrètes (en courant continu). Dans ce modèle on voit le circuit électrique comme composé d'une série discrète de composants (ohmiques) qui sont caracterisées par la relation U=RI.(U differénce de potentiel aux bornes du dipôle). On néglige tout phénomene électromagnetique qui a lieu dans les composants et par extension dans le circuit lui-même.
L'étape suivante est la modélisation discrète mais où on tient compte des phénomènes électromagnétiques qui ont lieu dans les composants discrets. Une troisième modélisation est la soi-disante modélisation continue où on tient compte du champ électromagnétique du circuit (ou les paramètres comme l'inductance, la résistance et la capacitance sont considerées comme continues et distribuées tout le long du circuit).
Dans la modélisation discrète on suppose que le potentiel d'un fil qui relie deux composants est constant et de resistivité non nulle et donc par conséquence (si la loi d'ohm est valide) le courant devrait être nulle. C'est un cas limite qui s'obtient à partir du modèle continue. C'est une des limites du modèle discret. Et dans la pratique ce cas limite ne fait pas partie du modèle discret.
Tension et difference de potentiel ce n'est pas du tout la même chose. On mesure une tension et une différence de potentiel en volts mais ces deux grandeurs sont physiquement très différentes. On s'en rend compte quand on étudie des circuits à courant variable (ou en présence de phénomènes d'induction électromagnétique). La différence de potentiel entre deux points A et B ne dépend que de A et B, ce n'est pas du tout le cas de la tension qui dépend non seulement de A et B mais aussi du chemin le long duquel on évalue le champ électrique.
Question : est-ce que le bonhomme à l'intérieur de la boîte verra l'ampoule s'allumer ?
Autrement dit est-ce qu'un courant circule dans le circuit ? Justifier.
Pas besoin d'invoquer la mécanique quantique pour répondre à ce petit quiz.
@JLT : tu n'as pas compris l'intérêt de la remarque de Shinitchi qui portait plus en substance sur la distinction régime transitoire/permanent : une résistance est bien par analogie un obstacle sur le débit d'un flux et, comme l'a pressenti Shinitchi, que ce soit pour une écluse ou un goulot d'étranglement (*), il y a bien physiquement en régime transitoire des débits différents en entrée et en sortie pendant une durée $\tau$, serait-elle très faible. Donc c'est bien Shinitchi qui a raison en ce sens avec sa modélisation. Tout phénomène réel met du temps à s'établir. Négliger cette durée n'est qu'une approximation de la physique des circuits électriques.
@Serge : dans ton petit problème, tu veux peut-être dire qu'il y a une tension aux bornes du circuit grâce au générateur mais que comme la boîte d'acier est une surface équipotentielle la différence de potentiel aux bornes du circuit serait nulle (**). Après, probablement est-il trop tôt pour initier notre ami à ces subtilités : dans son programme on définit sûrement la tension comme une différence de potentiel.
(*) Fermer complètement l'obstacle reviendrait à une résistance infinie, l'ouvrir complètement à une résistance nulle, sans compter tous les états intermédiaires.
(**) Et l'ampoule ne s'allumerait pas malgré la présence du générateur doté de sa propre différence de potentiel.
Si on place le circuit dans une cage de Faraday le champ électrique du générateur ne pénètre pas à l'intérieur de la cage (on suppose qu'il ne passe pas non plus à travers les deux bornes) et par conséquent il ne peut pas y avoir de courant.
Les charges superficielles jouent aussi un rôle dans les phénomènes d'induction. C'est dommage que cet aspect très physique ne soit pas discuté même de façon simpliste ni en classe prépa ni en L1/L2 de physique.
Sauf pour l'unité physique, Georg Simon Ohm (1789-1854) prend toujours une majuscule. AD]
En tout cas, ton problème est intéressant et rappelle il est vrai de loin la superposition des états en mécanique quantique : l'ampoule est-elle allumée ou éteinte ? Les deux à la fois ? En effet doit-on voir aux bornes de l'ampoule la différence de potentiel nulle due à la boîte ou la force électromotrice due au générateur ? Toutefois, l'électricité apporte ici une réponse claire : on peut voir ce problème comme un générateur en court-circuit à gauche avec une lampe branchée à droite à ce court-circuit. C'est plus en régime transitoire que la distinction physique entre tension et différence de potentiel présente un intérêt. En régime permanent, on retrouve entre elles l'égalité classique.