Les lois de Kirchhoff
Définition
Les lois de Kirchhoff sont deux principes fondamentaux de l'électricité qui décrivent la conservation de l'énergie et la conservation de la charge électrique dans un circuit électrique. Les deux lois sont souvent appelées "Lois de Kirchhoff" en l'honneur du physicien allemand Gustav Kirchhoff, qui les a développées en 1845.
Loi des nœuds
La première loi de Kirchhoff, également connue sous le nom
de La loi des nœuds, également connue sous le nom de loi de conservation de la
charge électrique, est une loi fondamentale en électrostatique qui énonce que :
La somme des courants
entrants dans un nœud d'un circuit électrique est égale à la somme des courants
sortants de ce nœud.
Limite de validité de la loi des nœuds
Cette loi est valable pour tout circuit électrique statique,
c'est-à-dire pour tout circuit qui ne varie pas dans le temps. Cependant,
lorsque des phénomènes électromagnétiques tels que l'induction
électromagnétique ou les ondes électromagnétiques sont présents, la loi des
nœuds ne s'applique plus de manière stricte.
En outre, la loi des nœuds ne s'applique pas aux circuits
qui contiennent des composants non linéaires, tels que les diodes ou les
transistors, car les courants qui les traversent ne sont pas simplement
proportionnels à la tension appliquée. Dans ces cas, les lois de Kirchhoff, qui
énoncent les lois de conservation de l'énergie et de la charge, doivent être
utilisées pour résoudre les circuits.
La loi des nœuds ne s'applique pas aux circuits qui ne sont pas en régime permanent, c'est-à-dire aux circuits qui changent dans le temps, tels que les circuits avec des sources de tension ou de courant variables dans le temps. Dans ces cas, les équations différentielles doivent être résolues pour déterminer les courants et les tensions dans le circuit.
Loi des mailles
La deuxième loi de Kirchhoff, également connue sous le nom
de loi des mailles, stipule que la somme des différences de potentiel (ou
tensions) autour d'une boucle fermée dans un circuit électrique est égale à
zéro. Cette loi est basée sur le principe de conservation de l'énergie, qui
stipule que l'énergie totale dans un système isolé reste constante. La loi des
mailles énonce que la somme des tensions autour d'une boucle fermée doit être
égale à la somme des pertes de tension dans cette même boucle.
Autrement dit, si un circuit électrique fermé contient
plusieurs éléments tels que des résistances, des sources de tension, des
condensateurs et des bobines, alors la somme algébrique de toutes les tensions
autour de ce circuit est égale à zéro.
Cette loi est souvent utilisée en conjonction avec la loi
des nœuds de Kirchhoff, qui décrit la conservation de la charge électrique dans
un circuit. Ensemble, ces deux lois permettent d'analyser les circuits
électriques complexes et de calculer les tensions et les courants à différents
endroits dans le circuit.
Exercices d'Applications
En appliquant ces deux lois, il est possible de résoudre des circuits électriques complexes en utilisant des équations mathématiques. Les lois de Kirchhoff sont donc très utiles pour la conception et l'analyse de circuits électriques, qu'ils soient simples ou complexes.
Les lois de Kirchhoff sont extrêmement importantes en électricité, car elles permettent de résoudre des circuits électriques complexes en utilisant des équations simples. En appliquant ces lois, il est possible de calculer les courants, les tensions et les résistances dans un circuit donné, ce qui peut être très utile dans la conception de circuits électriques.
Les lois de Kirchhoff ont également des applications pratiques dans de nombreux domaines de la vie courante, tels que l'électronique, l'ingénierie électrique et la physique. Par exemple, elles peuvent être utilisées pour calculer la consommation d'énergie électrique dans un bâtiment ou pour concevoir des circuits électroniques pour des appareils tels que des ordinateurs, des téléphones portables et des voitures électriques.