Apprendre › Leçon 1

Loi d'Ohm et puissance électrique : guide avec exemples

7 min de lecture · Équipe bitGateLab

Presque tous les calculs en électronique partent de trois grandeurs : la tension, le courant et la résistance. La loi d'Ohm les relie dans une seule formule, et la puissance vous indique combien d'énergie se transforme en chaleur chaque seconde. Ici, vous allez apprendre à utiliser les deux, à lire la valeur d'une résistance grâce à ses anneaux de couleur et à en choisir une qui ne grille pas. Avec cela, vous pourrez déjà calculer la résistance d'une LED, vérifier qu'un circuit est bien dimensionné et comprendre ce qu'affiche un multimètre.

Tension, courant et résistance

La tension (V, en volts) est la différence de potentiel entre deux points : c'est ce qui « pousse » les charges. Le courant (I, en ampères) est la quantité de charge qui traverse un point chaque seconde. La résistance (R, en ohms, Ω) mesure à quel point un élément s'oppose au passage de ce courant.

Dans une résistance linéaire, le courant est proportionnel à la tension appliquée. C'est la loi d'Ohm :

V = I · R        I = V / R        R = V / I

Si vous doublez la tension aux bornes d'une résistance fixe, le courant double. Si vous doublez la résistance à tension égale, le courant est divisé par deux. Il est pratique de travailler avec les préfixes : une tension en volts divisée par une résistance en kΩ donne directement le courant en mA (12 V / 4 kΩ = 3 mA).

Puissance électrique

La puissance (P, en watts) est la vitesse à laquelle un élément reçoit ou fournit de l'énergie. Pour n'importe quel élément, P = V · I. Dans une résistance, toute cette puissance se transforme en chaleur. En y substituant la loi d'Ohm, vous obtenez deux autres formes, très utiles quand vous ne connaissez que deux données :

P = V · I        P = I² · R        P = V² / R

Remarquez le carré : si vous doublez le courant dans une résistance, la chaleur produite est multipliée par quatre. C'est pourquoi les câbles qui transportent beaucoup de courant chauffent autant, même si leur résistance est faible.

L'énergie consommée est la puissance multipliée par le temps : E = P · t. Un élément de 60 W allumé pendant 3 heures consomme 180 Wh, soit 0.18 kWh.

Code des couleurs

Les résistances traversantes portent des anneaux de couleur qui indiquent leur valeur. Dans le code à quatre anneaux, les deux premiers sont des chiffres, le troisième est le multiplicateur (puissance de 10) et le quatrième est la tolérance. L'anneau de tolérance est en général un peu à l'écart des autres ; commencez la lecture par l'autre extrémité.

Exemples : marron-noir-rouge-or donne 10 × 100 = 1 000 Ω = 1 kΩ ±5 %. Jaune-violet-orange-or donne 47 × 1 000 = 47 kΩ ±5 %. Rouge-rouge-marron donne 22 × 10 = 220 Ω. Dans le code à cinq anneaux (résistances de précision), il y a trois chiffres avant le multiplicateur.

La tolérance indique la plage dans laquelle peut se trouver la valeur réelle. Une résistance de 1 kΩ ±5 % peut mesurer entre 950 Ω et 1 050 Ω tout en restant conforme à sa spécification.

Puissance nominale : choisir la bonne résistance

En plus de sa valeur en ohms, chaque résistance a une puissance nominale : la puissance maximale qu'elle peut dissiper en continu sans s'abîmer. Les modèles traversants les plus courants sont de 1/8 W, 1/4 W, 1/2 W, 1 W et 2 W ; plus le corps est gros, plus il supporte de chaleur. La règle pratique consiste à choisir une puissance nominale d'au moins le double de celle que vous avez calculée, car la résistance chauffe aussi à cause de la température ambiante et de la proximité d'autres composants.

Erreurs fréquentes

• Mélanger les unités : diviser des volts par des kΩ et écrire le résultat en ampères. Des volts divisés par des kΩ donnent des mA.
• Calculer la puissance avec la tension de la source au lieu de la tension réellement présente aux bornes de la résistance.
• Choisir la résistance uniquement d'après sa valeur en ohms et oublier la puissance nominale.
• Lire le code des couleurs à l'envers, en commençant par l'anneau or ou argent.
• Croire qu'une petite augmentation de courant change à peine la chaleur dégagée : la puissance croît avec le carré du courant.

Essayez dans le simulateur

Vérifier la loi d'Ohm par des mesures est la meilleure façon de la retenir. Dans le simulateur, vous pouvez monter le circuit de la figure et tout mesurer sans risquer de griller quoi que ce soit.

1. Placez une source de tension CC et réglez-la sur 12 V.
2. Placez une résistance de 470 Ω et branchez-la entre les bornes de la source.
3. Branchez le multimètre en série pour mesurer le courant et comparez-le aux 25.5 mA calculés.
4. Mesurez la tension aux bornes de la résistance avec le multimètre en parallèle.
5. Passez la tension de la source à 6 V, puis à 24 V ; observez que le courant varie dans la même proportion.
6. Calculez la puissance dans chaque cas et observez qu'elle quadruple quand la tension double.

Exercices

1. Une résistance de 1.8 kΩ est branchée sur 9 V. Calculez le courant et la puissance.

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   I = 9 V / 1.8 kΩ = 5 mA. P = 9 V × 5 mA = 45 mW.

2. Une résistance porte les anneaux orange-orange-rouge-or. Quelle est sa valeur et entre quelles valeurs peut-elle mesurer ?

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   33 × 100 = 3 300 Ω = 3.3 kΩ ±5 %. Elle peut mesurer entre 3 135 Ω et 3 465 Ω.

3. Vous disposez d'une résistance de 100 Ω et 1/4 W. Quelle tension maximale pouvez-vous lui appliquer et quel courant circulerait dans ce cas ?

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   De P = V² / R : V = √(0.25 × 100) = √25 = 5 V. Le courant serait I = 5 V / 100 Ω = 50 mA. Vérification : 5 V × 0.05 A = 0.25 W. Pour garder de la marge, mieux vaut rester nettement en dessous de cette limite.

4. Un élément chauffant fonctionne sous 24 V et consomme 1 A. Quelle est sa résistance, sa puissance et quelle énergie consomme-t-il en 2 heures ?

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   R = 24 V / 1 A = 24 Ω. P = 24 V × 1 A = 24 W. E = 24 W × 2 h = 48 Wh (0.048 kWh).

Étape suivante : apprenez à analyser des circuits à plusieurs branches dans Lois de Kirchhoff.