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Électricité

Charge, intensité, tension et résistance, puis loi d’Ohm, circuits en série et en dérivation, puissance, facture d’électricité et sécurité. Dans le laboratoire de circuits, assemble piles, ampoules, résistances, interrupteurs et fusibles : les intensités sont calculées au fur et à mesure.

Progression

À propos de ce cours

Benjamin Franklin pouvait observer les effets de la charge électrique sans savoir ce qui les causait. Dans les années 1700, il choisit quel type de charge appeler positif, sans aucun moyen de voir les électrons. On comprit plus tard que ce choix revenait à attribuer une charge négative aux électrons. Cette ancienne convention nous accompagne encore : le sens dans lequel nous dessinons le courant dans un circuit est celui où se déplacerait une charge positive, à l'opposé du mouvement réel des électrons dans un fil. Un électron porte 1.602176634 × 10⁻¹⁹ coulomb : un coulomb correspond donc à environ 6.24 milliards de milliards d'électrons.

Les sept unités commencent par la charge, puis le courant, la tension et la résistance. Une batterie de camion qui envoie 720 coulombs dans son démarreur en 4 secondes fournit 180 ampères. Vient ensuite la loi d'Ohm, puis les circuits en série, où deux ampoules de 12 Ω sur une batterie de 6 V reçoivent chacune 3 V, et les circuits en dérivation, où les mêmes ampoules prennent chacune 0.5 A : la batterie fournit donc 1 A. La puissance et la facture d'électricité suivent : une ampoule de 60 W laissée allumée 1000 heures utilise 60 kWh, soit 7.20 $ à 12 cents le kWh. La dernière unité sur la sécurité rappelle qu'un courant de 10 à 20 mA traversant le corps peut empêcher la main de lâcher un fil. Dans le laboratoire, tu construis des circuits avec des piles, des ampoules, des résistances, des interrupteurs et des fusibles, et vois le calcul de chaque courant. Tu peux ouvrir un interrupteur pour voir une ampoule s'éteindre en série mais pas en dérivation, et fermer une boucle pour créer un court-circuit.

Ohm réalisa ses expériences en 1825 et 1826 avec une aiguille aimantée suspendue près du fil, car les ampèremètres n'existaient pas encore, et publia sa loi en 1827. Les bibliothèques de la Smithsonian indiquent que ses travaux furent d'abord tournés en ridicule.

Avant de commencer

La loi d’Ohm est une équation d’une ligne, et les unités sur le montage en série et en parallèle additionnent et divisent des résistances ; l’algèbre de Équations du premier degré couvre donc ce qu’il te faut. Un coup d’œil à Atomes aide pour l’unité d’ouverture sur les électrons et la charge.

À la fin du cours

Ensuite, tu pourras calculer un courant à partir de la charge et du temps, utiliser la loi d’Ohm pour trouver une résistance ou un courant et obtenir les totaux de résistances en série et en parallèle. Tu transformeras aussi des watts et des heures en kilowattheures et en facture, diras pourquoi deux ampoules en série brillent moins qu’une seule et ce que fait un fusible dans un circuit.

  1. 1La charge électriqueLa valeur absolue de la charge d’un électron est de 1.602176634 × 10⁻¹⁹ coulombs : un coulomb correspond donc à la valeur absolue de la charge d’environ 6.24 milliards de milliards d’électrons.
  2. 2Intensité, tension et résistanceUne batterie de camion qui fait passer 720 coulombs dans le démarreur en 4 secondes fournit un courant d'une intensité de 180 ampères.
  3. 3La loi d'OhmUn phare de voiture parcouru par un courant de 2.50 A sous une tension de 12.0 V a une résistance de 12.0 ÷ 2.50 = 4.80 Ω.
  4. 4Les circuits en sérieDeux ampoules de 12 Ω montées en série sur une pile de 6 V reçoivent chacune 3 V et sont traversées par 0.25 A. Chacune dissipe le quart de la puissance qu'elle aurait si elle était branchée seule.
  5. 5Les circuits en dérivationDeux ampoules de 12 Ω montées en dérivation sous 6 V sont chacune traversées par 0.5 A. La pile fournit donc 1 A, soit deux fois plus qu'avec une seule ampoule.
  6. 6Puissance électrique et facture d'électricitéUne ampoule de 60 W allumée pendant 1000 heures consomme 60 kWh ; à 12 cents par kWh, cela coûte 7.20 $.
  7. 7La sécurité électriqueUn courant d'environ 10 à 20 mA dans le corps peut crisper la main sur un fil, et la résistance d'une personne trempée peut descendre à seulement 10 kΩ.

Cours associés

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Sources de ce cours (14)
  • OpenStax College Physics 2e (openstax.org/books/college-physics-2e): 18.1 Static electricity and charge (amber and the Greek word elektron, like charges repel, glass and silk, Franklin)
  • 20.1 Current (I = ΔQ/Δt, 1 A = 1 C/s, truck battery 720 C in 4.00 s, calculator 0.300 mA, conventional current traced to Franklin, drift speed of order 10⁻⁴ m/s, 12-gauge copper wire 2.053 mm, copper density 8.80 × 10³ kg/m³)
  • 20.2 Ohm's law (Ohm first showed I ∝ V by experiment, ohmic materials, headlight 12.0 V and 2.50 A = 4.80 Ω, dry person hand to foot about 10⁵ Ω)
  • 20.3 Resistance and resistivity (Table 20.1: silver 1.59, copper 1.72, gold 2.44, aluminium 2.65, tungsten 5.6, iron 9.71, nichrome 100, all × 10⁻⁸ Ω·m; headlight cold 0.350 Ω)
  • 20.4 Electric power and energy (P = IV = V²/R = I²R, kWh, 1 kWh = 3.6 × 10⁶ J, 60 W bulb for 1000 h at 12 cents per kWh = $7.20, 15 W CFL)
  • 20.6 Electric hazards and the human body (thermal and shock hazards, short circuit 120 V across 0.100 Ω = 144 kW, worn cord 2.00 Ω at 10.0 A = 200 W, fuses and circuit breakers, Table 20.3 shock effects, dry skin 200 kΩ, wet 10.0 kΩ)
  • 21.1 Resistors in series and parallel
  • 21.2 Electromotive force and internal resistance
  • 21.3 Kirchhoff's rules
  • 23.8 Electrical safety (three-wire system, earth/ground wire, double insulation, GFI trips above 5 mA)
  • NIST CODATA elementary charge 1.602176634 × 10⁻¹⁹ C exact (physics.nist.gov/cgi-bin/cuu/Value?e)
  • Safety text is general information, not advice for working on mains wiring. Linda Hall Library, Scientist of the Day: Georg Ohm (lindahall.org/about/news/scientist-of-the-day/georg-ohm, experiments 1825 and 1826 with a compass needle, Die galvanische Kette 1827)
  • Smithsonian Libraries, Die galvanische Kette (library.si.edu/digital-library/book/diegalvanischeke00ohmg, first publication of Ohm's law, ridiculed at first)
  • IEC 60038:2009 standard voltages (230 V grew out of 220 V and 240 V systems; 220 V still used).

Consulté le: 2026-10-17