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 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.
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.
Figure 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.
Figure 3. Disposition d'un circuit pour mesurer le courant à l'aide d'un ampèremètre.
Quelle est l'unité du courant électrique ?
L'unité du courant électrique est l'ampère (A), ce qui correspond à un débit de charge électrique. La charge elle-même a comme unité le Coulomb (C) et ainsi un ampère correspond à un débit de un coulomb par seconde : \[1 \, A = 1 \, C/s \]
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.
Formule de la charge électrique
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.
Quelle est la vitesse du courant électrique ?
La vitesse du courant électrique intervient dans le calcul de l'intensité du courant. Il s'agit de la vitesse des porteurs de charges et elle est proche de la vitesse de la lumière. Elle augmente dans les milieux qui conduisent mieux l'électricité.
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.
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