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Électricité et magnétisme

Loi d’Ohm en circuit complet et force électromotrice

Étudiez la loi d'Ohm pour un circuit complet avec une source de f.é.m. E\mathcal E et de résistance interne rr : mesurez le courant en fonction de rr et vérifiez I=E/(R+r)I = \mathcal E/(R+r) ainsi que la tension aux bornes U=E−IrU = \mathcal E - Ir.

Lycée

⚠ Le circuit affiché est simulé ; dans un circuit réel, ne court-circuitez jamais les bornes de la source : le courant de court-circuit I≈E/rI \approx \mathcal E/r peut la faire chauffer et l'endommager.

Matériel

  • Source de f.é.m. ℰ et de résistance interne r (modèle 3D, glisser pour tourner)
  • Curseur « Cảm ứng từ / mức » (lecture en tesla, règle l'amplitude du graphe)
  • Curseur « Góc / tốc độ » (joue le rôle de la résistance interne r dans l'affichage, Ω)
  • Bouton « Tạm dừng / Chạy tiếp » sur chaque figure
  • Affichage du courant « I = ℰ/(R+r) » (A)

Protocole

  1. Lire le courant du circuit complet

    Dans la section 1, observez le modèle de source et la boucle ; glissez sur le canvas pour tourner la vue. Lisez la ligne « I = ℰ/(R+r) = … A (ℰ = 1 V, R = 1 Ω, r = … Ω) » et comparez-la à I=ER+rI = \frac{\mathcal E}{R+r} calculé avec les valeurs affichées.

  2. Faire varier la résistance interne r

    Déplacez le curseur « Góc / tốc độ » de petit vers grand — il contrôle r (Ω) dans l'affichage. Notez I pour trois valeurs de r et vérifiez que I diminue quand r croît selon I=E/(R+r)I = \mathcal E/(R+r) ; quand r → 0 la source devient idéale et U→EU \to \mathcal E. Appuyez sur « Tạm dừng » pour figer la figure pendant la lecture.

  3. Comparer avec le graphe quantitatif

    Dans la section 2, le graphe se met à jour avec les paramètres ; fixez un curseur et faites varier l'autre. Utilisez « Cảm ứng từ / mức » pour changer l'amplitude affichée et « Góc / tốc độ » pour changer r ; relisez l'affichage de la section 2 et vérifiez la tension aux bornes par U=E−IrU = \mathcal E - Ir pour chaque couple (I, r).

  4. Prédire la limite de la source idéale

    Avant de porter « Góc / tốc độ » au minimum, prédisez I et U pour r ≈ 0 avec I≈E/RI \approx \mathcal E/R et U≈EU \approx \mathcal E ; déplacez ensuite le curseur pour vérifier. Inversement, réglez r au maximum et observez le courant faible — expliquez pourquoi une pile usée (grand r) affiche encore une tension à vide proche de E\mathcal E tout en débitant mal.

Simulation

Histoire de l’expérience

La force électromotrice d'une source provient de la conversion d'énergie à l'intérieur d'une pile ou d'un générateur. En 1800, Alessandro Volta construisit la pile voltaïque — première source continue de courant — qui offrit enfin aux expérimentateurs un courant stable à mesurer. Georg Simon Ohm publia en 1827 la relation quantitative entre courant et différence de potentiel ; dans le même ouvrage, il distingua le rôle de la « force excitatrice » de la source (f.é.m.) des résistances interne et externe du circuit. En 1831, Michael Faraday découvrit l'induction électromagnétique, ouvrant une nouvelle voie pour produire une f.é.m. sans réaction chimique — le principe des générateurs. La formule du circuit fermé I=E/(R+r)I = \mathcal E/(R+r) et la tension aux bornes U=E−IrU = \mathcal E - Ir furent intégrées par Gustav Kirchhoff (1845) dans ses lois générales des circuits, permettant d'analyser tout circuit fermé comportant une source réelle.

Physiciens associés

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