E2 Courant, résistance et loi d'Ohm

Topique

Le courant électrique correspond au flux de charges électriques à travers un conducteur, tel que décrit dans le modèle précédent : la quantité de charges traversant une section par seconde. La loi d'Ohm stipule que, dans de nombreux matériaux, cette différence de potentiel est directement proportionnelle au courant qui les traverse, et cette proportionnalité correspond à la résistance électrique du conducteur.

Cette résistance n'est pas une propriété arbitraire du conducteur, mais dépend simultanément de trois facteurs : le matériau qui le constitue détermine sa résistivité intrinsèque, très faible pour le cuivre et extrêmement élevée pour un isolant ; une plus grande longueur augmente la résistance car le trajet des charges est plus long ; et une section plus grande la diminue car davantage de chemins parallèles sont disponibles pour ces mêmes charges.

Lorsqu'un courant traverse une résistance, celle-ci dissipe de l'énergie sous forme de chaleur (effet Joule), et cette énergie dissipée augmente beaucoup plus rapidement que le courant lui-même : une augmentation modérée du courant produit une augmentation bien plus importante de la chaleur générée. Il existe également une version locale de la loi d'Ohm qui établit une relation, point par point au sein d'un matériau, entre la densité de courant, le champ électrique présent et la conductivité de ce point. Cette version locale explique le comportement interne des dispositifs semi-conducteurs modernes, où les limites de densité de courant admissibles — dues à l'échauffement et à la dégradation du matériau à ces densités — constituent l'un des facteurs limitant la miniaturisation des transistors, un sujet abordé plus loin dans ce catalogue.

Ainsi, ce module, qui s'ouvre sur la circulation d'une charge électrique dans un conducteur, conclut en démontrant que la loi d'Ohm, qui semble la plus simple en électronique, trouve une seconde application à l'échelle locale au sein d'un matériau, ce qui représente aujourd'hui l'une des contraintes physiques les plus importantes dans la conception des semi-conducteurs.

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