Caractéristiques Courant-Tension

Matériaux non ohmiques

En général, la résistance n'est pas une constante obtenue en divisant la différence de potentiel par le courant électrique. La résistance est en fait une fonction arbitraire R(V, I) qui dépend de la différence de potentiel et du courant. La loi d'Ohm est l'approximation linéaire pour une petite région de cette relation. Dans les matériaux non ohmiques, la résistance ne suit pas l'approximation linéaire .

Si nous avons la relation entre le courant I et la tension V(I), nous pouvons calculer la résistance comme suit :

\[R(V,I) = \frac{dV(I)}{dI}\]

Fig. 1. Approche linéaire, commons.wikimedia.org

Pour une fonction générale (verte) qui n'est pas une droite, on peut toujours se limiter à un très petit intervalle où la relation peut être estimée par une relation linéaire, c'est-à-dire une droite. Plus la plage est petite, meilleure est l'approximation.

Si la fonction verte ci-dessus représente la relation entre la tension et le courant électrique, nous voyons que pour une petite plage où la tension et le courant ne varient pas beaucoup, la fonction est approximée par la ligne rouge. Nous pouvons alors utiliser la loi d'Ohms pour déterminer la résistance sans avoir besoin de faire de différence.

Caractéristiques courant-tension

Étudions plusieurs exemples de ces courbes dans différents appareils et découvrons les conclusions que nous pouvons en tirer.

Caractéristiques courant-tension d'une résistance ohmique

Les caractéristiques courant-tension, également appelées caractéristiques I-V, des résistances ohmiques sont :

• Le graphique I-V d'une résistance ohmique est une ligne droite.
• La courbe passe par l'origine, ce qui signifie que pour une différence de potentiel nulle, on a un courant nul.
• Le courant est directement proportionnel à la différence de potentiel.
• Le gradient est \(\frac{1}{R}\).

Caractéristiques courant-tension d'un filament

Les filaments sont des matériaux utilisés dans les lampes qui sont composés de métaux qui brillent lorsqu'une certaine quantité de courant les traverse. Les filaments sont un type de dispositif électrique appelé thermistance, c'est-à-dire un matériau dont la résistance dépend de sa température.

Comme la résistance est sensible à la chaleur et qu'un courant chauffe le matériau lorsqu'il le traverse, la résistance change. Cet effet est observé dans les courbes I-V des filaments. Techniquement, tous les matériaux se comportent de cette manière, mais certains le font à une échelle très légère que nous ne pouvons pas mesurer.

Les caractéristiques courant-tension d'une lampe à incandescence sont les suivantes :

• Le graphique I-V montre que le courant augmente moins vite que la différence de potentiel (tension).
• Dans les plages où la tension n'est pas trop forte, le courant n'est pas très fort et la température n'est pas très élevée. Cela signifie que la résistance n'est pas élevée et que le courant peut circuler facilement.
• Dans les plages où la tension est élevée (positive ou négative), le courant généré est très fort et la température augmente rapidement. Comme la température augmente, la résistance augmente et le passage du courant diminue. Pour une tension suffisamment élevée, un courant maximal est atteint.

Caractéristiques courant-tension d'une diode

Une diode est un semi-conducteur qui permet au courant de circuler dans un sens particulier (mais pas dans le sens inverse). Elle fonctionne comme un conducteur ou une très bonne résistance selon le sens du courant.

Les caractéristiques courant-tension des diodes sont les suivantes :

• Lorsque le courant circule dans le sens qui fonctionne comme un conducteur (différence de potentiel positive), il y a une forte augmentation du courant après certaines valeurs de tension, et la résistance diminue fortement. Elle le fait pour une valeur seuil qui détermine le moment où la diode commence à conduire l'électricité.
• Lorsque le courant essaie de circuler dans le sens qui se comporte comme une résistance (différence de potentiel négative), il n'y a approximativement pas de courant qui circule. La résistance est proche de l'infini.

Caractéristiques courant-tension d'une cellule solaire photovoltaïque

Une cellule solaire photovoltaïque est un dispositif qui convertit la lumière en énergie électrique. Leur fonctionnement est basé sur l'effet photoélectrique: la libération d'électrons par un matériau lorsqu'il est impacté par un rayonnement électromagnétique d'une certaine gamme de fréquences. Plus la fréquence de la lumière est élevée, plus le courant électrique induit est intense.

Les caractéristiques courant-tension des cellules solaires photovoltaïques sont un peu différentes car, dans ce cas, nous avons le contrôle sur le courantgénéré, et notre objectif est de produire une différence de potentiel.

• Dans la région de la différence de potentiel positive, le courant peut croître arbitrairement et unedifférence de potentiel constante apparaîtra. Nous ne pouvons pas l'utiliser efficacement dans cette région. C'est la région où le matériau ne reçoit pas de lumière.
• Lorsque la quantité de lumière incidente commence à augmenter, le courant devient de plus en plus négatif et une différence de potentiel négative apparaît, qui peut croître arbitrairement en fonction des caractéristiques de la lumière et du matériau.