Loi d'Ohm: la relation courant-tension révélée

La loi d'Ohm est une règle clé pour l'analyse des circuits électriques, décrivant la relation entre trois grandeurs physiques clés: la tension, le courant et la résistance. Il représente que le courant est proportionnel à la tension aux deux points, la constante de proportionnalité étant la résistance.

La relation définie par la loi d'Ohm s'exprime généralement sous trois formes équivalentes:

je = V / R
R = V / je
V = IR

avec ces variables définies à travers un conducteur entre deux points de la manière suivante:

• je représente le courant électrique, en unités d'ampères.
• V représente le Tension mesuré à travers le conducteur en volts, et
• R représente la résistance du conducteur en ohms.

Une façon de penser conceptuellement est qu'en tant que courant, je, traverse une résistance (ou même un conducteur non parfait, qui a une certaine résistance), R, alors le courant perd de l'énergie. L'énergie avant de traverser le conducteur va donc être supérieure à l'énergie après avoir traversé le conducteur, et cette différence électrique est représentée dans la différence de tension,

La différence de tension et le courant entre deux points peuvent être mesurés, ce qui signifie que la résistance elle-même est une quantité dérivée qui ne peut pas être mesurée directement expérimentalement. Cependant, lorsque nous insérons un élément dans un circuit qui a une valeur de résistance connue, alors vous êtes capable d'utiliser cette résistance avec une tension ou un courant mesuré pour identifier l'autre inconnu quantité.

Le physicien et mathématicien allemand Georg Simon Ohm (16 mars 1789 - 6 juillet 1854 C.E.) a mené recherche en électricité en 1826 et 1827, en publiant les résultats connus sous le nom de loi d'Ohm dans 1827. Il a pu mesurer le courant avec un galvanomètre et a essayé deux configurations différentes pour établir sa différence de tension. La première était une pile voltaïque, similaire aux batteries d'origine créées en 1800 par Alessandro Volta.

En recherchant une source de tension plus stable, il est ensuite passé aux thermocouples, qui créent une différence de tension basée sur une différence de température. Ce qu'il a réellement mesuré directement, c'est que le courant était proportionnel à la différence de température entre les deux jonctions électriques, mais comme la différence de tension était directement liée à la température, cela signifie que le courant était proportionnel à la tension différence.

En termes simples, si vous doubliez la différence de température, vous doubliez la tension et doubliez également le courant. (En supposant, bien sûr, que votre thermocouple ne fond pas ou quelque chose comme ça. Il y a des limites pratiques où cela se briserait.)

Ohm n'était pas vraiment le premier à avoir enquêté sur ce type de relation, bien qu'il ait d'abord publié. Travaux antérieurs du scientifique britannique Henry Cavendish (10 octobre 1731-24 février 1810 avant notre ère) dans le Dans les années 1780, il avait fait dans ses journaux des commentaires qui semblaient indiquer la même chose. relation. Sans que cela ne soit publié ou communiqué aux autres scientifiques de son époque, les résultats de Cavendish n'étaient pas connus, laissant à Ohm la possibilité de faire la découverte. C'est pourquoi cet article n'est pas intitulé la loi de Cavendish. Ces résultats ont ensuite été publiés en 1879 par James Clerk Maxwell, mais à ce stade, le crédit était déjà établi pour Ohm.

Une autre façon de représenter la loi d'Ohm a été développée par Gustav Kirchhoff (de Les lois de Kirchoff renommée), et prend la forme de:

J = σE

où ces variables représentent:

• J représente la densité de courant (ou courant électrique par unité de surface de section) du matériau. Il s'agit d'une quantité vectorielle représentant une valeur dans un champ vectoriel, ce qui signifie qu'elle contient à la fois une amplitude et une direction.
• sigma représente la conductivité du matériau, qui dépend des propriétés physiques du matériau individuel. La conductivité est l'inverse de la résistivité du matériau.
• E représente le champ électrique à cet endroit. C'est aussi un champ vectoriel.

La formulation originale de la loi d'Ohm est fondamentalement un modèle idéalisé, qui ne prend pas en compte les variations physiques individuelles des fils ou le champ électrique qui les traverse. Pour la plupart des applications de circuits de base, cette simplification est parfaitement adaptée, mais lorsque vous entrez dans les détails ou lorsque vous travaillez avec des éléments de circuits plus précis, il peut être important de considérer comment la relation actuelle est différente dans différentes parties du matériau, et c'est là que cette version plus générale de l'équation entre en jeu jouer.