Vous êtes-vous déjà demandé combien de ce que nous faisons vous pourriez comprendre à partir de zéro ? Attacher sa chaussure peut sembler simple maintenant, mais les enfants ont du mal à maîtriser la compétence, et l’imaginer pour la première fois est encore plus difficile. Il en va de même pour de nombreuses technologies que nous utilisons quotidiennement. Imagineriez-vous la souris d’ordinateur ou même l’ordinateur s’ils n’existaient pas déjà ? Sûrement, cependant, l’une des équations mathématiques les plus simples et les plus utiles qui est fondamentale pour l’électronique – la loi d’Ohm – serait facile à comprendre, n’est-ce pas ? C’est souvent la première chose que vous apprenez sur l’électronique, mais le comprendre cette première fois s’est avéré assez difficile.

Le gars qui a découvert la relation était Georg Ohm, un professeur de mathématiques et de physique au lycée de Cologne. Ce que vous ne savez peut-être pas, c’est que la première fois qu’il l’a publié, il s’est trompé. Mais, heureusement pour nous, il a compris son erreur et a pu la corriger.

Ce n’est pas qu’une bonne idée…

La loi d’Ohm est simple. Pour une résistance linéaire, le courant traversant la résistance est proportionnel à la tension appliquée à ses bornes. La constante de proportionnalité est l’inverse de la valeur de la résistance en ohms, sans surprise. C’est juste une façon mathématique sophistiquée de dire I=E/R où E est la tension, I est le courant et R est la résistance. Bien sûr, l’algèbre vous dira que E=IR et R=E/I.

Mesurer deux fois

Le tas de cuivre et de zinc de Volta.

Bien que cela semble évident aujourd’hui, dans les années 1800, pas tellement. Il y avait eu une certaine prise de conscience de l’électricité remontant à la Grèce antique. Cependant, jusqu’en 1800, lorsque Volta a créé la batterie «hydroélectrique» – ce qui signifie qu’il s’agissait d’une cellule humide – il n’y avait pas de moyen facile de créer un courant constant pour la recherche scientifique.

De 1800 à 1820, la science a donc pu utiliser une pile voltaïque pour produire de l’électricité. Mais il y avait une grosse limite. Il n’y avait aucun moyen de mesurer le flux de courant dans le circuit. En 1781, Henry Cavendish a expérimenté avec des pots de Leyde (essentiellement un condensateur à haute tension) et des tubes de verre de diamètre et de longueur variables remplis de solution saline. N’ayant aucun moyen de mesurer le courant, il utilisait son corps et notait la force du choc qu’il ressentait. Il a noté que le courant était lié à la tension mais ne l’a pas mentionné à d’autres scientifiques et il est resté largement inconnu jusqu’à ce que Maxwell publie le résultat en 1879.

Le problème de mesure du courant résolu en 1820 quand Oersted montra qu’un courant produirait un champ magnétique. Cela a conduit Schweigger et Poggendorff à inventer le galvanoscope en 1821. Il s’agit essentiellement d’une bobine avec une boussole à l’intérieur. Le courant dans le fil dévierait l’aiguille de la boussole et la quantité de déviation vous indique la quantité de courant dans le fil.

Ohm a voulu étudier la nature du flux de courant électrique et a construit à la fois une batterie et un galvanoscope. Ses expériences visaient à décrire la quantité de courant qui traverserait une longueur de fil donnée. Il mesurait le courant provenant de la batterie en utilisant uniquement son galvanoscope, puis insérait une longueur de fil et notait la différence dans la lecture.

Oops…

En 1825, Ohm a annoncé sa formule au monde dans un article intitulé « Avis préliminaire de la loi selon laquelle les métaux conduisent l’électricité de contact ». Pas exactement un titre d’appât à clics. Cependant, il y avait un problème : la formule qu’il avait était incorrecte.

Gardez à l’esprit qu’il n’y avait pas toutes les unités auxquelles nous sommes habitués aujourd’hui, donc la formule d’Ohm mesurait V, la réduction de la déviation de l’aiguille causée par le fil de test. La longueur du fil X et la tension appliquée M étaient des facteurs clés ainsi que la résistivité du fil, R. La formule incorrecte était :

V=M log(1+X/R)

Avec ce que nous savons aujourd’hui, vous pouvez regarder cela et savoir immédiatement que c’est incorrect. Cependant, en 1825, ce n’était pas si évident. L’article a été accepté pour publication, mais avant d’être imprimé, Ohm a mené de nouvelles expériences avec une source d’alimentation différente. Il réalisa que sa formule était fausse, mais il était trop tard.

Correction

Le problème était la batterie. Bien que cela puisse sembler évident aujourd’hui, en 1825, il n’y avait pas de prise de conscience générale que la tension d’une cellule humide variera sous charge. L’ami d’Ohm, Poggendorff, lui a suggéré d’utiliser une batterie thermoélectrique, ce que nous appellerions un thermocouple.

Dans « Détermination de la loi selon laquelle les métaux conduisent l’électricité de contact, ainsi que les grandes lignes d’une théorie de l’appareil de Volta et du galvanscope de Schweigger », Ohm avait raison. (Il aimait les longs titres.) La formule ne ressemblait pas exactement à ce que nous considérons comme la loi d’Ohm, mais elle l’est en réalité, si l’on tient compte de la résistance de la source d’alimentation. En notation moderne, on écrirait :

E=I/(Rb+R)

Ici, Rb est la résistance de la batterie. En 1827, Ohm publia également « The Galvanic Battery Treated Mathematically » montrant qu’au moins, sa capacité à écrire de bons titres s’était améliorée. C’est d’accord?

Pas si vite

On pourrait penser que tout le monde serait heureux de voir la loi d’Ohm et commencerait à l’appliquer immédiatement. Cela ne s’est pas produit. La science était alors sceptique – comme on pourrait le dire, elle l’est toujours – et l’establishment de l’époque pensait que la loi d’Ohm était trop simple pour avoir échappé à la communauté pendant une trentaine d’années. Il y avait aussi un fort sentiment qu’Ohm s’était précipité vers la formulation, et un dégoût pour ses méthodes expérimentales pratiques. L’establishment considérait Ohm comme – plus ou moins – un poseur.

Le ministre allemand de l’Éducation a proclamé qu' »un professeur qui prêchait de telles hérésies était indigne d’enseigner la science ». D’autres ont dit que l’œuvre était un « réseau de fantaisies nues ».

Pendant six ans, le monde a continué à ignorer la loi d’Ohm, pour la plupart. Cependant, Pouillet publia en 1831 un article où il redécouvrit, sans le savoir, la formule d’Ohm. Il fut probablement déçu quand, lors de la publication de la loi Pouillet, d’autres firent remarquer qu’Ohm avait fait le même travail des années plus tôt.

Errata

Vous pourriez penser qu’il est étrange qu’Ohm ait publié une mauvaise formule ou que Pouillet ait répété une expérience, mais les choses étaient alors très différentes. Barlow, en fait, a essayé de résoudre le même problème en 1825 et avait publié une découverte selon laquelle le courant à travers un fil était inversement proportionnel à la racine carrée de la longueur du fil.

Ce résultat était incorrect mais correspondait aux données car Barlow n’a pas tenu compte de la résistance interne de la batterie, comme Ohm l’a fait. Même Barlow a admis qu’il n’était pas certain que sa loi était correcte. Du côté positif, Barlow a inventé la roue de Barlow, une forme intelligente de moteur utilisant une roue en métal, un aimant et du mercure.

Reconnu

En fin de compte, le travail d’Ohm a été reconnu et il a non seulement reçu le crédit qui lui était dû, mais son nom est toujours sur nos lèvres tous les jours.

Si vous souhaitez lire plus de détails sur Ohm, le rapport annuel du Conseil des régents du Smithsonian Institute pour 1891 contient la traduction d’une adresse donnée à l’Académie royale des sciences de Bavière qui couvre l’histoire en détail. Vous lirez qu’après que son travail ait été reconnu, il a commencé de nouvelles expériences et a également apporté des contributions à l’acoustique, bien que sa loi acoustique ne soit pas tout à fait correcte, apparemment.

Si vous voulez vraiment aller à la source, révisez votre allemand et consultez cette archive des papiers originaux d’Ohm. Alors que Ohm obtient tout le mérite, Kirchhoff a aussi des lois assez importantes.