Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau maths spé
Partager :

Loi d'Ohm intégrale

Posté par
plx
11-04-10 à 12:02

Je me posais une question à propos de la loi d'Ohm intégrale pour les conducteurs électriques (V_A - V_B = R \, i) : comment la démontrer pour un conducteur de géométrie quelconque ?

Dans le cas d'un conducteur filiforme, il n'y a aucun problème : il suffit d'intégrer la loi d'Ohm locale entre A et B.
Mais dans le cas d'un conducteur de géométrie quelconque, délimité par 2 surfaces équipotentielles S_1 et S_2 (de potientiel V_1 resp. V_2) et par le tube de courant qui s'appuie sur elles, je n'arrive pas à terminer la démonstration (il manque vraiment pas grand chose).
C'est la fin de l'intégration de la loi d'Ohm locale entre A (un point de S_1) et B (un point S_2) qui me pose problème :

\vec j = \gamma \, \vec E \quad \Longrightarrow \quad \frac{1}{\gamma} \int_A^B j \, dl = V_1 - V_2.

Dans le cas d'un conducteur filiforme :
j = \frac{i}{S_1}
(car  i = \iint_{S_1} \vec j \, \cdot \, d \vec S, or \vec j colinéaire à d \vec S, et uniforme sur S_1 donc on peut le sortir de l'intégrale)

\Longrightarrow \quad \frac{1}{\gamma} \int_A^B j \, dl = \frac{i}{\gamma} \int_A^B \frac{dl}{S_1} = V_1 - V_2 \quad \Longrightarrow \quad V_1 - V_2 = R \, i.

Cependant dans le cas d'un conducteur de géométrie quelconque, a-t-on encore j = \frac{i}{S_1} i.e. a-t-on encore \vec j colinéaire à d \vec Set uniforme sur S_1 ?
Pour la colinéarité, je pense que oui car :
\vec j = \gamma \, \vec E = - \gamma \, \vec{grad} V
or S_1 équipotentielle donc \vec{grad} V orthogonal à S_1 i.e. colinéaire à d \vec S.
Néanmoins il manque l'uniformité sur S_1 pour pouvoir sortir j de l'intégrale. Comment prouver cette uniformité (si elle est vraie) ?
Voilà le point de la démonstration sur lequel je bloque.

J'avais une seconde question : la loi d'Ohm dont on parle concerne le régime permanent. En régime lentement variable (ARQP), si le conducteur est filiforme elle se généralise à V_1 - V_2 = R \, i - e_{AB} (apparition de la f.e.m. à cause du - \frac{\partial \vec A}{\partial t} de \vec E).
Cette loi d'Ohm généralisée est-elle toujours valable pour un conducteur de géométrie quelconque ? Et si oui, cette fois la valeur de e_{AB} varie selon les points A et B choisis sur S_1 (resp. S_2), puisque e_{AB} est la circulation de \vec E_m de A à B (la variation était évidemment négligée dans le cas filiforme). Cela veut donc dire que V_1 - V_2 varie aussi selon A et B choisis sur S_1 et S_2 ? À moins que la résitance compense (i.e. dépende elle aussi des A et B) ?

J'ai essayé de faire la démonstration (ARQP, géométrie quelconque) et je bloque au même endroit que pour le régime permanent, à part qu'en plus, je n'arrive pas à prouver la colinéarité de \vec j et d \vec S, puisqu'en régime variable :
\vec j = - \gamma \, \vec{grad} V - \gamma \, \frac{\partial \vec A}{\partial t}    (c'est le \frac{\partial \vec A}{\partial t} qui gêne).

Voilà mes 2 interrogations sur la loi d'Ohm intégrale.

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 11-04-10 à 13:48

Salut,
En régime permanent, la divergence de la densité  de courant est nulle.
Elle est donc uniforme et égale au sein de n'importe quel tube de courant

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 11-04-10 à 13:48

j et dS ne sont pas forcément colinéaires

Posté par
plx
re : Loi d'Ohm intégrale 11-04-10 à 16:55

Vous voulez dire que \vec j est uniforme dans tout le conducteur car \textrm{div} \, \vec j = 0 ?
On avait juste besoin de l'uniformité sur S_1 donc tant mieux.
Mais ça me semble archi faux : \vec j n'est pas le même en des points du conducteur de sections différentes, c'est i qui est uniforme.

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 11-04-10 à 17:28

Oui je parlais de l'intensité (pardon), mais on peut alors déduire j en chaque section.

Posté par
plx
re : Loi d'Ohm intégrale 12-04-10 à 14:04

Et de quelle manière ? (S_1 n'est pas forcément plane)

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 12-04-10 à 15:50

Si l'intensité est la même en chaque section, c'est un peu comme le moment cinétique, il faut choisir une surface adéquate (i.e. la plus régulière).
Et si le courant parcourt un volume fermé (c'est toujours le cas), alors il existe une infinité de surfaces planes.
En revanche elles ne le seraient pas dans le cas ou le milieu est inhomogène. Mais ca devient très complexe et inintéressant.

Posté par
plx
re : Loi d'Ohm intégrale 12-04-10 à 20:50

Le problème c'est qu'on a pas le choix de la surface équipotentielle S_1, c'est le conducteur qui nous la donne.
Je ne vois toujours pas pourquoi \vec j est uniforme sur cette surface.

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 12-04-10 à 23:12

Je l'ai dit, ce n'est pas le vecteur qui est uniforme, dans la mesure ou sa direction peut varier, mais c'est l'intensité qui l'est.
Mais peu importe la géométrie du conducteur, il existe toujours une surface plane (que l'on peut déterminer) à partir de laquelle on calcule le flux de j.

Posté par
plx
re : Loi d'Ohm intégrale 13-04-10 à 13:37

Je crois que je viens de saisir en partie (une question demeure). Arrêtez-moi si je me trompe :
En régime permanent \vec j est à flux conservatif donc l'intensité i_S à travers n'importe quelle section S d'un tube de courant est la même (sorte d'uniformité).
Je cherchais à faire apparaître i_S via j pour sortir i_S de cette intégrale (possible car i_S indépendant de S comme on vient de voir i.e. indépendant du point P le long de la ligne de courant de A à B) :

\displaystyle \frac{1}{\gamma} \int_A^B j \, dl

i.e. je cherchais à montrer que j = \frac{i_S}{S}.
Mais cette relation n'est pas vraie pour n'importe qu'elle surface S :

\displaystyle i_S = \iint_S \vec j \, \cdot \, d \vec S

donc pour avoir j = \frac{i_S}{S} on a besoin que \vec j soit uniforme sur S et colinéaire à d \vec S. Il faut donc prendre une surface S qui vérifie ces 2 conditions.
Une telle surface existe-t-elle toujours Weensie ?
(Si je choisis S_1, on a la colinéarité (car S_1 équipotentielle par définition) comme montré dans les messages précédents. Mais on ne sait rien sur l'uniformité.)

Si une telle surface existe, c'est bon :
Appelons-la S_0.
j = \frac{i_{S_0}}{S_0} = \frac{i}{S_0}
donc    \displaystyle \frac{1}{\gamma} \int_A^B j \, dl = \frac{1}{\gamma} \int_A^B \frac{i}{S_0} dl = \frac{i}{\gamma} \int_A^B \frac{dl}{S_0} = R i    où \displaystyle R = \frac{1}{\gamma} \int_A^B \frac{dl}{S_0}.

Remarque : on ne peut pas sortir S_0 de l'intégrale car cette surface dépend du point P puisque j en dépend et j = \frac{i}{S_0}.

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 13-04-10 à 15:01

Oui, une telle surface existe toujours.

Posté par
Weensie
re : Loi d'Ohm intégrale 13-04-10 à 15:01

Et ça m'a l'air exact!

Posté par
plx
re : Loi d'Ohm intégrale 13-04-10 à 16:21

Parfait, merci Weensie pour cette attention et cette patience =) ! Ça me paraît étrange qu'une surface vérifiant les 2 conditions à la fois existe toujours, mais je veux bien l'admettre =)
Ainsi, ça signifie que ça marche aussi en régime variable (dans l'ARQP quand même, pour avoir i uniforme) :

V_1(t) \, - \, V_2(t) = R_{AB}(t) \, i(t) \, - \, e_{AB}(t)    où \displaystyle R_{AB}(t) = \frac{1}{\gamma} \int_A^B \frac{dl}{S_0(t)}

avec cette fois une résistance qui dépend du temps car la bonne surface S_0 sur laquelle il y a uniformité de \vec j et colinéarité avec d \vec S dépend du temps puisque \vec j en dépend.

Tant que vous êtes là, j'en profite pour une petite question, à propos de la puissance reçue par un dipôle quelconque (un conducteur quoi) dans l'ARQP.
On sait qu'elle vaut :

P(t) = \big( V_1(t) - V_2(t) \big) \, i(t)    (i.e. P = Ui)

Or l'équation de continuité de l'énergie électromagnétique s'écrit :

\frac{\partial w}{\partial t} + \textrm{div} \, \vec \Pi = - \vec j \, \cdot \, \vec E    (version locale)

\frac{d W}{d t} - \Phi_{S_{entrant}} \vec \Pi = - R i^2    (version intégrale)

or on sait d'après la loi d'Ohm intégrale que :

U = R i - e    i.e.    U i = R i^2 - e i    i.e.    P = R i^2 - e i

donc est-ce que (par identification avec l'équation de continuité) :

P = \Phi_{S_{entrant}} \vec \Pi    et    e i = - \frac{d W}{d t} ?

Posté par
thierry02
re : Loi d'Ohm intégrale 27-01-16 à 21:12

bonjour comment allez vous?
je me nomme Thierry je suis de la cote d'ivoire.
je suis en 1ereD, je voudrais que vous m'aidiez par ce que je ne sais pas comment organiser mon temps de ce faites j'ai des mauvaise notes et je voudrais votre aides merci

Posté par
thierry02
re : Loi d'Ohm intégrale 27-01-16 à 21:13

Merci de vite me répondre et de m'aider



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2025

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !