Physique-Chimie — Seconde
Tension et courant électrique — Seconde Physique
Courant électrique, tension, résistance, loi d'Ohm et circuits électriques de base.
Par ProfBot
Tension et courant électrique — Seconde Physique
🎯 Objectif : Comprendre et mesurer le courant et la tension dans les circuits électriques.
1. Le courant électrique
Le courant électrique est un déplacement orienté de porteurs de charge :
- Dans les métaux : déplacement d'électrons (dans le sens opposé au courant conventionnel)
- Dans les solutions : déplacement d'ions
Le courant conventionnel va du pôle + vers le pôle − (hors générateur).
Intensité du courant (I) :
I = Q / t
I : intensité (A — Ampères)
Q : charge électrique (C — Coulombs)
t : durée (s)
Mesure : avec un ampèremètre branché en série.
2. La tension électrique
La tension (ou différence de potentiel) est une différence d'énergie électrique entre deux points.
U_AB = V_A - V_B [Volts, V]
Exemples de tensions courantes :
- Pile 1,5 V (AA)
- Batterie voiture : 12 V
- Secteur France : 230 V (alternatif)
- Très haute tension (lignes électriques) : 400 000 V
Mesure : avec un voltmètre branché en dérivation (parallèle).
3. Résistance et loi d'Ohm
La résistance s'oppose au passage du courant.
Loi d'Ohm :
U = R × I
U : tension aux bornes du composant (V)
R : résistance (Ω — Ohms)
I : courant qui le traverse (A)
La résistance d'un conducteur dépend de sa longueur, sa section et le matériau.
4. Circuits en série et en parallèle
Circuit en série
Les composants se suivent (le même courant les traverse tous) :
I_total = I₁ = I₂ = ... (courant identique)
U_total = U₁ + U₂ + ... (tensions s'additionnent)
R_eq = R₁ + R₂ + ... (résistances s'additionnent)
Circuit en parallèle (dérivation)
Les composants sont branchés entre les mêmes nœuds :
U_total = U₁ = U₂ = ... (tension identique)
I_total = I₁ + I₂ + ... (courants s'additionnent)
1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + ... (inverses s'additionnent)
5. Puissance et énergie électrique
Puissance :
P = U × I [Watts, W]
Ou avec la loi d'Ohm :
P = R × I² = U²/R
Énergie consommée :
E = P × t [Joules, J] ou [kWh si P en kW et t en h]
1 kWh = 3,6 × 10⁶ J
Exemple : une ampoule de 60 W allumée 5h :
E = 60 × 5 = 300 Wh = 0,3 kWh
6. Loi des nœuds
La loi des nœuds (conservation des charges) : la somme des courants entrant dans un nœud est égale à la somme des courants sortants.
ΣI_entrants = ΣI_sortants
7. Loi des mailles
La loi des mailles : la somme algébrique des tensions dans une maille est nulle.
ΣU = 0 (dans une maille fermée)
Exemple : générateur E avec deux résistances R₁ et R₂ en série :
E - U_R₁ - U_R₂ = 0
E = R₁×I + R₂×I = (R₁+R₂)×I
I = E / (R₁+R₂)
8. Exemple complet
Deux résistances R₁ = 100 Ω et R₂ = 200 Ω branchées en série sur un générateur de 12 V.
R_eq = 100 + 200 = 300 Ω
I = U / R_eq = 12 / 300 = 0,04 A = 40 mA
U_R₁ = R₁ × I = 100 × 0,04 = 4 V
U_R₂ = R₂ × I = 200 × 0,04 = 8 V
Vérification : 4 + 8 = 12 V ✓
📝 Exercices
- Une résistance de 470 Ω est traversée par un courant de 20 mA. Calculer la tension à ses bornes.
- Deux résistances de 60 Ω sont branchées en parallèle. Calculer la résistance équivalente.
- Un fer à repasser de 1800 W est utilisé 30 min. Calculer l'énergie consommée en kWh.
- Dans un circuit : E = 9 V, R₁ = 100 Ω en série avec R₂ = 200 Ω. Calculer I, U_R₁ et U_R₂.
✅ À retenir
U = R × I (loi d'Ohm)
Série : R_eq = R₁+R₂, I identique, U additive
Parallèle : 1/R_eq = 1/R₁+1/R₂, U identique, I additive
P = U×I [W]
E = P×t [J ou kWh]
Ampèremètre → série Voltmètre → parallèle