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Courant électrique

Courant électrique

Est-ce que tu t'es déjà pris une décharge électrique ? Ça peut arriver en touchant une clôture électrique bien sûr mais parfois aussi en touchant un objet métallique comme une porte de voiture ou même un autre individu. C'est en général plus surprenant que douloureux. La sensation vient du courant électrique qui nous traverse.

L'électricité est une forme d'énergie. C'est le phénomène qui décrit le flux de particules chargées (en particulier les électrons) d'un endroit à un autre. Par convention, le sens du courant électrique est l'inverse du sens du mouvement des électrons. On mesure le débit d'électrons qui traverse un circuit électrique à l'aide de l'intensité du courant électrique. L'unité du courant électrique est l'Ampère.

Toute la matière qui existe dans le monde est constitué d'atomes. Chaque atome est composé d'un noyau entouré d'électrons chargés négativement. Le noyau contient des particules appelées neutrons (qui n'ont pas de charge) et protons (qui ont une charge positive). Le nombre de protons et d'électrons est le même dans un atome stable pour équilibrer la charge neutre globale.

Dans les conducteurs (par exemple, les métaux comme le cuivre ou l'argent), la vitesse du courant électrique correspond au mouvement des électrons, appelés électrons libres, et est responsable du déplacement de la charge. La charge en mouvement est ce que nous appelons le courant électrique.

Définition du courant électrique

Nous pouvons définir le courant électrique comme la quantité de charge qui se déplace pendant une période de temps spécifique. La formule de calcul du courant électrique et les unités utilisées sont les suivantes :

  • L'unité de base du SI pour l'intensité du courant électrique est l'ampère (A).
  • La charge Q est mesurée en coulombs (C).
  • Le temps (t) est mesuré en secondes (s).
  • La charge, le courant et le temps sont reliés entre eux par la formule \(Q = I \cdot \Delta t\).
  • La variation de la charge est désignée par \(\Delta Q\).
  • De même, la variation du temps est notée \(\Delta t\).

Un autre point intéressant est que le courant électrique produit un champ magnétique et un champ magnétique peut également produire un courant électrique.

Sens du courant électrique

Lorsque deux objets chargés sont connectés à l'aide d'un fil conducteur, une charge circule à travers eux, produisant un courant. Le courant circule parce que la différence de charge provoque une tension ou différence de potentiel.

Courant électrique, flux de charge conventionnel, StudySmarter

Figure 1. Flux de charge dans un conducteur.

L'équation du flux de courant est donc la suivante : \[\Delta Q = I \cdot \Delta t \]

Q : Dans laquelle des options ci-dessous un courant de \(8\, mA\) passe-t-il dans le circuit électrique ?

A. Lorsqu'une charge de \(4\,C\) passe en \(500s\).

B. Lorsqu'une charge de \(8\,C\) passe en \(100s\).

C. Lorsqu'une charge de \(1\,C\) passe en \(8s\).

Solution. En utilisant l'équation : \[I=\frac{Q}{t}\]

\(I = 4/500 = 8 \times 10^{-3} = 8 \,mA\)

\(I = 8/100 = 80 \times 10^{-3} = 80\, mA \)

\(I = 1/8 = 125 \times 10^{-3} = 125\, mA \)

L'option A est correcte : un courant de 8 mA passera dans le circuit.

Convention pour le sens de déplacement des charges

Dans un circuit, le courant est le flux d'électrons à travers le circuit. Les électrons, chargés négativement, s'éloignent de la borne chargée négativement et se rapprochent de la borne chargée positivement, suivant la règle de base selon laquelle les charges semblables se repoussent et les charges opposées s'attirent.

La convention utilisée en électricité est que le courant est le flux de charge positive de la borne positive de la source vers sa borne négative. C'est l'inverse du flux d'électrons, comme on le disait juste avant. Notons qu'il n'y a pas nécessairement de déplacement de charge positive. Ce sont en général des électrons qui se déplacent (parfois des ions) et on entend alors par mouvement des charges positives, l'inverse du mouvement des électrons.

Courant électrique, flux de courant, StudySmarterFigure 2. Intensité du courant et flux de charges électriques. Le courant I est dans le même sens que le mouvement des charges positives (schéma du haut) et dans le sens opposé au mouvement des charges négatives (schéma du bas).

Il est important de noter que le flux de courant a une direction et une norme donnée en ampères. Cependant, il ne s'agit pas d'une quantité vectorielle.

Intensité du courant électrique

Le courant peut être mesuré à l'aide d'un appareil appelé ampèremètre. Les ampèremètres doivent toujours être connectés en série avec la partie du circuit où tu souhaites mesurer le courant, comme le montre la figure ci-dessous.

En effet, le courant doit circuler dans l'ampèremètre pour qu'il puisse lire la valeur. La résistance interne idéale d'un ampèremètre est de zéro afin d'éviter qu'une tension ne soit présente sur l'ampèremètre, car elle pourrait affecter le circuit.

Courant électrique, ampèremètre pour mesurer le courant, StudySmarter

Figure 3. Disposition d'un circuit pour mesurer le courant à l'aide d'un ampèremètre.

Quantification de la charge

La charge est quantifiée par les porteurs de charges (électrons et protons), ce qui peut être défini comme suit :

Un proton unique a une certaine charge positive élémentaire, et un électron unique a également une certaine charge négative élémentaire (égale à l'opposé de la charge du proton). Leur charge ne peut pas être divisée en plus petits fragments. Ainsi, toute charge électrique est un multiple de ces charges élémentaires.

Autrement dit, la quantité de charges peut être quantifiée en fonction du nombre de protons ou d'électrons présents.

Cela signifie que la charge de toute particule est un multiple de la valeur de la charge de l'électron. Par exemple, la charge d'un électron est de \(-1,60 \times 10^{-19} C\), et la charge d'un proton, à l'inverse,

est de \(1,60 \times 10^{-19} C\). Nous pouvons représenter la charge de toute particule comme un multiple de ces valeurs.

Calcul du courant circulant dans un conducteur

Dans un conducteur parcouru par un courant, le déplacement des porteurs de charge est ce qui génère le courant. La charge des porteurs de charge peut être positive ou négative, et l'on considère que le courant se déplace dans une seule direction à travers le conducteur. Le courant dans un conducteur présente plusieurs caractéristiques :

  • Les porteurs de charge sont principalement des électrons libres.
  • Bien que le courant circule dans une direction particulière dans chaque conducteur, les porteurs de charge se déplacent dans des directions opposées avec une vitesse v.
  • La première image de la figure 2 présente des porteurs de charge positive. Ici, la vitesse du courant électrique et des porteurs de charge sont dans le même sens. La deuxième image contient des porteurs de charge négative, et la vitesse du courant électrique et des porteurs de charge sont dans des sens opposés.
  • On entend par vitesse des porteurs de charge la vitesse moyenne à laquelle ils se déplacent dans le conducteur.
  • L'intensité du courant dans un conducteur traversé par un courant peut être exprimée mathématiquement comme suit : \[I=A \cdot n \cdot q \cdot v\]

Où \(A\) est la surface de la section transversale, en unités de surface.

\(n\) est la densité numérique (le nombre de porteurs de charge par \(m^3\)).

\(v\) est la vitesse en \(m/s\).

\(q\) est la charge en Coulombs.

\(I\) est le courant en ampères.

Courant Électrique - Points clés

  • L'électricité est une forme d'énergie. C'est le phénomène qui décrit le flux de particules chargées (en particulier les électrons) d'un endroit à un autre.
  • L'unité de base SI du courant électrique est l'ampère (A).

  • Le courant est par convention un flux de charges positives de la borne positive vers la borne négative.

  • La charge des porteurs de charge est quantifiée.

Questions fréquemment posées en Courant électrique

On représente un circuit électrique à l'aide de symboles pour représenter les différents composants. On trace le courant I circulant dans le circuit allant de la borne positive à la borne négative de la pile ou du générateur.

Le courant électrique est simplement le mouvement des porteurs de charge. Plus les charges se déplacent en grand nombre et rapidement, plus l'intensité du courant est élevée.

Le courant électrique provient du mouvement des électrons dans les fils électriques, bien que l'on prenne par convention le courant dans le sens opposé au mouvement des électrons.

Le courant électrique se note avec la lettre i minuscule ou I majuscule.

Le courant est pris par convention de la borne positive à la borne négative, mais en réalité, les électrons, dont le mouvement est l'origine du courant, se déplacent de la borne négative à la borne positive.

Évaluation finale de Courant électrique

Question

La charge des protons est-elle positive ou négative ?

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Réponse

Positive

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Question

La charge des électrons est-elle positive ou négative ?

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Réponse

Négative

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Question

Une charge de \(4C\) traverse un fil électrique avec un courant de \(2A\). Combien de temps est-ce que cela prend ? Utilise la relation entre la charge, le temps et l'intensité du courant.  

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Réponse

2 secondes

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Question

Une charge de \(10C\) traverse un fil électrique avec un courant de \(1A\). Combien de temps est-ce que cela prend ? Utilise la relation entre la charge, le temps et l'intensité du courant.  

Montrer la réponse

Réponse

10 secondes

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Question

Dans quel cas est-ce qu'un courant de \(3mA\) traverse le fil ?

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Réponse

Lorsqu'une charge de \(3C\) circule en \(1000s\).

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Question

Dans quel cas est-ce qu'un courant de \(2mA\) traverse le fil ?

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Réponse

Lorsqu'une charge de \(4C\) circule en \(2000s\).

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Question

Comment calculer le courant dans un conducteur en fonction de la densité des charges et de leur vitesse ?

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Réponse

\(I=A\cdot n \cdot q \cdot v\)

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Question

Dans la formule de l'intensité du courant dans un conducteur 

\(I=A\cdot n \cdot q \cdot v\), à quoi correspond \(v\) ?

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Réponse

C'est la vitesse moyenne des porteurs de charge dans le conducteur.

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Question

Comment est-ce que la charge est quantifiée ?

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Réponse

Il n'existe pas de charge plus petite que la charge élémentaire positive du proton et négative de l'électron. Toute charge est un multiple de ces charges élémentaires.

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Question

Comment branche-t-on un ampèremètre ?

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Réponse

En série

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Question

Quel appareil utilise-t-on pour mesure le courant électrique ?

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Réponse

Un ampèremètre

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Question

Pourquoi le courant est pris par convention dans le sens opposé au mouvement des électrons ?

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Réponse

Cette convention est historique et a été prise avant que l'on comprenne le mouvement des électrons. 

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Question

Comment la charge \(Q\), le courant \(I\) et le temps \(t\) sont-ils reliés mathématiquement ?

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Réponse

\(Q=I\cdot t\)

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Question

Quelle est l'unité SI du courant électrique ?

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Réponse

L'unité SI du courant est l'ampère (A).

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Question

Comment l'électricité est conduite ?

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Réponse

En déplaçant des charges électriques d'un endroit à un autre.

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Question

Qu'est-ce que l'électricité ?

Montrer la réponse

Réponse

C'est une forme d'énergie.

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