Georg Ohm a constaté qu’à une température constante, le courant électrique traversant une résistance linéaire fixe est directement proportionnel à la tension appliquée à celle-ci. Mais il est également inversement proportionnel à sa résistance. Cette relation entre la tension, le courant et la résistance constitue la base de la loi d’Ohm. Mais qu’est-ce que la loi d’Ohm et comment se rapporte-t-elle aux circuits électriques ?

La loi d’Ohm est une formule utilisée pour calculer la relation entre la tension, le courant et la résistance dans un circuit électrique, comme le montre ci-dessous.

Relation de la loi d’Ohm

En connaissant deux valeurs parmi les quantités de tension, de courant ou de résistance, nous pouvons utiliser la loi d’Ohm pour trouver la troisième valeur manquante. Ainsi, cette formule de la loi d’Ohm peut être utilisée pour calculer les valeurs des composants de circuit, les niveaux de courant, les alimentations de tension et les chutes de tension à travers un circuit.

Ensuite, la loi d’Ohm est largement utilisée lors de la résolution de formules et de calculs électriques, il est donc “très important de comprendre et de se souvenir avec précision de la formule de base de la loi d’Ohm et des relations” et de la façon dont la tension, le courant et la résistance se rapportent les uns aux autres.

Pour trouver la tension, (V)

[ V = I x R ]       V (volts) = I (amps) x R (Ω)

Pour trouver le courant, (I)

[ I = V ÷ R ]       I (amps) = V (volts) ÷ R (Ω)

Pour trouver la résistance, (R)

[ R = V ÷ I ]       R (Ω) = V (volts) ÷ I (amps)

Il est parfois plus facile de se rappeler cette relation de la loi d’Ohm en utilisant des images. Ici, les trois quantités V, I et R ont été superposées dans un triangle (affectueusement appelé Triangle de la loi d’Ohm) donnant la tension en haut avec le courant et la résistance en bas. Cet agencement représente la position réelle de chaque quantité dans les formules de la loi d’Ohm.

Triangle de la loi d’Ohm

En transposant l’équation standard de la loi d’Ohm ci-dessus, nous obtenons les combinaisons suivantes de la même équation :

Ensuite, en utilisant la loi d’Ohm, nous pouvons voir qu’une tension de 1V appliquée à une résistance de 1Ω causera un courant de 1A à circuler et que plus la valeur de la résistance est élevée, moins le courant circulera pour une source de tension donnée.

Tout dispositif ou composant électrique qui obéit à “la loi d’Ohm”, c’est-à-dire que le courant qui le traverse est proportionnel à la tension qui l’entoure (I α V), comme des résistances ou des câbles, est dit “Ohmique” par nature, et les dispositifs qui ne le sont pas, comme les transistors ou les diodes, sont dits “Non-ohmiques”.

Puissance électrique dans les circuits

La puissance électrique, ( P ) dans un circuit est le taux auquel l’énergie électrique est absorbée ou produite dans un circuit. Une source d’énergie telle qu’une tension produira ou délivrera de la puissance tandis que la charge connectée l’absorbera.

Les ampoules et les chauffages, par exemple, absorbent de la puissance électrique et la convertissent en chaleur, en lumière, ou les deux. Plus leur valeur ou leur puissance en watts est élevée, plus ils sont susceptibles de consommer de la puissance électrique.

Le symbole de quantité pour la puissance est “P”. C’est le produit de la tension multipliée par le courant avec l’unité de mesure électrique standard étant le watt ( W ). Des préfixes sont utilisés pour désigner les multiples ou sous-multiples divers d’un watt, tels que : milliwatts (mW = 10^-3W) ou kilowatts (kW = 10³W).

Mais quelle est la formule pour la puissance ? En utilisant l’équation de la loi d’Ohm et en substituant les valeurs de V, I et R, la formule de puissance électrique peut être trouvée ainsi :

Pour trouver la puissance électrique (P)

[ P = V x I ]      P (watts) = V (volts) x I (amps)

Ainsi également :

[ P = V² ÷ R ]      P (watts) = V² (volts) ÷ R (Ω)

Ainsi également :

[ P = I² x R ]      P (watts) = I² (amps) x R (Ω)

Encore une fois, les trois quantités ont été superposées dans un triangle, cette fois appelé triangle de puissance, avec la puissance en haut et le courant et la tension en bas. Encore une fois, cet agencement représente la position réelle de chaque quantité dans les formules de puissance de la loi d’Ohm.

Le triangle de puissance

Et encore une fois, en transposant l’équation de base de la loi d’Ohm ci-dessus pour la puissance, nous obtenons les combinaisons suivantes de la même équation pour trouver les différentes quantités individuelles :

Nous pouvons donc voir qu’il existe trois formules possibles pour calculer la puissance électrique dans un circuit. Si la puissance calculée est positive, (+P) pour une formule, le composant absorbe la puissance, c’est-à-dire qu’il consomme ou utilise de la puissance. Mais si la puissance calculée est négative, (–P), le composant produit ou génère de la puissance, en d’autres termes, c’est une source de puissance électrique telle que des batteries et des générateurs.

Évaluation de la puissance électrique

Les composants électriques reçoivent une “évaluation de puissance” en watts qui indique le taux maximal auquel le composant convertit l’énergie électrique en d’autres formes d’énergie, comme la chaleur, la lumière ou le mouvement. Par exemple, une résistance de 1/4W, une ampoule de 100W, etc.

Les dispositifs électriques convertissent une forme de puissance en une autre. Ainsi, par exemple, un moteur électrique convertit l’énergie électrique en une force mécanique, tandis qu’un générateur électrique convertit une force mécanique en énergie électrique. Une ampoule convertit l’énergie électrique en lumière et chaleur.

Nous savons également maintenant que l’unité de puissance est le WATT, mais certains appareils électriques tels que les moteurs électriques ont une évaluation de puissance dans l’ancienne mesure de “chevaux-vapeur” ou hp. La relation entre les chevaux-vapeur et les watts est donnée par : 1hp = 746W. Par exemple, un moteur de deux chevaux-vapeur a une évaluation de 1492W, (2 x 746) ou 1,5 kW.

Graphique en secteur de la loi d’Ohm

Pour mieux comprendre les relations entre les différentes valeurs utilisées pour calculer la loi d’Ohm. Nous pouvons prendre toutes les équations précédentes de la loi d’Ohm pour trouver la tension, le courant, la résistance et bien sûr la puissance, et les condenser dans un simple graphique en secteur de la loi d’Ohm à utiliser dans les circuits AC et DC et les calculs comme montré.

Graphique en secteur de la loi d’Ohm

En plus d’utiliser le graphique en secteur de la loi d’Ohm montré ci-dessus, nous pouvons également mettre les équations individuelles de la loi d’Ohm dans un tableau matriciel simple pour une référence facile lors du calcul d’une valeur inconnue.

Tableau matriciel de la loi d’Ohm

Exemple de la loi d’Ohm No1

Pour le circuit montré ci-dessous, utilisez la loi d’Ohm pour trouver la tension (V), le courant (I), la résistance (R) et la puissance (P) dans le circuit.

Tension   [ V = I x R ] = 2 x 12Ω = 24V

Courant   [ I = V ÷ R ] = 24 ÷ 12Ω = 2A

Résistance   [ R = V ÷ I ] = 24 ÷ 2 = 12 Ω

Puissance   [ P = V x I ] = 24 x 2 = 48W

La puissance dans un circuit électrique n’est présente que lorsque LES DEUX tension et courant sont présents. Par exemple, dans un état de circuit ouvert, une tension est présente mais il n’y a pas de circulation de courant I = 0 (zéro), donc V*0 égale 0 (zéro), ainsi la puissance dissipée dans le circuit doit également être nulle (0).

De même, si nous avons un état de court-circuit, le courant est présent mais il n’y a pas de tension V = 0 (zéro), donc 0*I égal 0, donc à nouveau la puissance dissipée dans le circuit est nulle (0).

Alors que la puissance électrique est le produit de V*I, la puissance dissipée dans un circuit est la même que le circuit contienne une haute tension et un faible courant ou une faible tension et un fort flux de courant. Généralement, la puissance électrique est dissipée sous forme de chaleur (chauffages), travail mécanique comme des moteurs, énergie sous forme de rayonnement (lampe) ou comme énergie stockée (piles).

Énergie électrique dans les circuits

L’énergie électrique est la capacité de réaliser un travail, et l’unité de travail ou d’énergie est le joule ( J ). L’énergie électrique est le produit de la puissance multipliée par la durée de son utilisation. Donc, si nous savons combien de puissance, en watts, est consommée et le temps, en secondes pendant lequel elle est utilisée, nous pouvons trouver l’énergie totale utilisée en watt-secondes.

En d’autres termes, Énergie = puissance x temps et Puissance = tension x courant. Par conséquent, la puissance électrique est liée à l’énergie et l’unité donnée pour l’énergie électrique est le watt-seconde ou joules.

Énergie électrique = Puissance (W) x Temps (s)

L’énergie électrique peut également être définie comme le taux auquel l’énergie est transférée. Si un joule de travail est soit absorbé soit délivré à un taux constant d’une seconde, la puissance correspondante sera équivalente à un watt donc la puissance peut être définie comme “1 Joule/sec = 1 Watt”.

Nous pouvons donc dire qu’un watt est égal à un joule par seconde et que la puissance électrique peut être définie comme le taux d’accomplissement de travail ou de transfert d’énergie.

Triangle de puissance et d’énergie électrique

Ou pour trouver les différentes quantités individuelles :

Nous avons dit précédemment que l’énergie électrique est définie comme des watts par seconde ou joules. Bien que l’énergie électrique soit mesurée en joules, elle peut devenir une valeur très large lorsque utilisée pour calculer l’énergie consommée par un composant.

Par exemple, si une ampoule de 100 watts est laissée “ALLUMÉE” pendant 24 heures, l’énergie consommée sera de 8 640 000 joules (100 W x 86 400 secondes), donc des préfixes comme kilojoules (kJ = 10³J) ou megajoules (MJ = 10⁶J) sont utilisés à la place et dans cet exemple simple, l’énergie consommée sera de 8,64 MJ (mégajoules).

Mais en traitant des joules, des kilojoules ou des mégajoules pour exprimer l’énergie électrique, les calculs impliqués peuvent finir par donner de grands nombres et beaucoup de zéros, il est donc beaucoup plus facile d’exprimer l’énergie électrique consommée en kilowatt-heures.

Si la puissance électrique consommée (ou générée) est mesurée en watts ou kilowatts (milliers de watts) et que le temps est mesuré en heures et non en secondes, alors l’unité d’énergie électrique sera le kilowatt-heure, (kWhr). Ainsi, notre ampoule de 100 watts ci-dessus consommera 2 400 watt-heures ou 2,4 kWhr, ce qui est beaucoup plus facile à comprendre que 8 640 000 joules.

1 kWhr est la quantité d’électricité utilisée par un appareil ayant une puissance de 1000 watts en une heure et est communément appelée “Unité d’électricité”. C’est ce qui est mesuré par le compteur utilitaire et c’est ce que nous, en tant que consommateurs, achetons auprès de nos fournisseurs d’électricité lorsque nous recevons nos factures.

Les kilowatt-heures sont les unités standards d’énergie utilisées par le compteur électrique dans nos maisons pour calculer la quantité d’énergie électrique que nous utilisons et donc combien nous payons.

Donc, si vous ALLUMEZ un feu électrique avec un élément chauffant noté à 1000 watts et que vous le laissez allumé pendant 1 heure, vous aurez consommé 1 kWhr d’électricité. Si vous avez allumé deux feux électriques, chacun avec des éléments de 1000 watts pendant une demi-heure, la consommation totale serait exactement la même quantité d’électricité – 1 kWhr.