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Électricité

L'électricité est omniprésente dans notre vie quotidienne. Toute la technologie moderne en dépend. C'est un phénomène de grande envergure qui intervient à toutes les échelles.Des batteries de ta télécommande, aux lignes de haute tension, l'électricité joue un rôle crucial dans les équipements de notre vie quotidienne. Cette branche de la physique étudie une propriété essentielle de la nature, jouant un…

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Électricité

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L'électricité est omniprésente dans notre vie quotidienne. Toute la technologie moderne en dépend. C'est un phénomène de grande envergure qui intervient à toutes les échelles.

Des batteries de ta télécommande, aux lignes de haute tension, l'électricité joue un rôle crucial dans les équipements de notre vie quotidienne. Cette branche de la physique étudie une propriété essentielle de la nature, jouant un rôle crucial jusqu'aux interactions au niveau atomique.

De nombreux physiciens nous ont permis de comprendre les idées qui se cachent derrière les phénomènes électriques et magnétiques. Beaucoup des plus grands esprits qui n'aient jamais vécu, comme Faraday, qui n'avait aucune formation scientifique et presque aucune compétence mathématique majeure, s'est ensuite révélé être l'un des fondateurs, sinon le fondateur, de l'électromagnétisme. Nous avons aussi des personnes comme Nikola Tesla, qui a été le premier à suggérer que l'utilisation de courants alternatifs AC est meilleure et plus sûre que les courants continus DC et dont les inventions et découvertes dans le domaine de l'électromagnétisme ont été la base sur laquelle notre monde moderne fonctionne. Il y en a encore beaucoup d'autres à mentionner comme Maxwell, Ampère, Ohm, etc.

Dans la suite, nous allons t'initier aux concepts de base de l'électricité en parcourant l'histoire derrière la fondation de cette branche cruciale de la physique. Alors, es-tu prêt à explorer une nouvelle discipline de la physique ?

Électricité. StudySmarter

Figure 1. Un pylône électrique. Source : Pixabay.

Qu'appelle-t-on l'électricité ?

L’électricité est un phénomène provenant de l'interaction et du déplacement de particules chargées.

Les éclairs, l'électricité statique, le fonctionnement de nos appareils électriques, les décharges électriques et bien d'autres phénomènes sont tous liés à la circulation de charges électriques. Voyons quelques-unes des caractéristiques de l'électricité :

  • Un champ électrique \(\vec{E}\) est créé lorsqu'une charge électrique, qui peut être positive ou négative, est présente. Le champ est également généré lorsqu'un corps est chargé électriquement c'est-à-dire lorsqu'il contient un ensemble de particules chargées.
  • Un champ magnétique \(\vec{H}\) est créé lorsque des charges électriques sont en mouvement.
  • Une force \(\vec{F}\) agit sur une charge lorsqu'elle est placée dans une zone où un champ électrique d'une autre particule chargée est présent. La loi de Coulomb détermine l'intensité de cette force.
  • Le champ électrique a un impact sur la charge électrique si elle se déplace à l'intérieur de celui-ci.

Courant électrique

Le flux de charges électriques est connu sous le nom de courant électrique \(I\). C'est très utile dans la technologie où le courant alimente les circuits et les dispositifs mécaniques. La charge électrique \(Q\) qui se déplace divisée par le temps nous donne la valeur du courant, qui est mesurée à l'aide de l'unité SI (Système International) Ampère (\(A\)). \[I=\frac{Q}{\Delta t}\]

Potentiel électrique

Le potentiel électrique est le travail à effectuer pour transporter une unité de charge électrique de l'infini à un point M au sein d'un champ électrique. Le potentiel électrique est généralement mesuré en volts (V).

La différence de potentiel électrique (ou la tension électrique) est analogue à la différence de potentiel gravitationnel dans un champ de gravitation.

Puissance électrique

La puissance électrique est le taux avec lequel l'énergie électrique est transférée par un circuit électrique. Il s'agit donc de l'énergie \(E\) divisée par le temps \(\Delta t\). L'unité SI de la puissance électrique est le watt (W), qui est égal au joule (l'unité d'énergie) par seconde. L'énergie électrique est produite par des générateurs électriques et transférée par le réseau électrique. \[P=\frac{E}{\Delta t}\]

Résistance

La résistance électrique est la propriété qu'a un objet d'empêcher le passage du courant. Elle varie en fonction de chaque matériau et de la dimension de l'objet. L'unité SI de la résistance est l'ohm (Ω).

La loi d'Ohm, qui relie la tension électrique, le courant et la résistance, est définie comme suit : pour une différence de potentiel électrique fixe, le courant et la résistance sont inversement proportionnels l'un à l'autre.

La loi d'Ohm s'exprime par la relation :\[U=R.I\] où \(U\) représente la tension électrique, c'est-à-dire la différence de potentiel électrique \(\Delta V\).

Résistivité

La résistivité (ρ) d'un matériau correspond à la résistance d'un morceau de ce matériau dont la section vaut 1 mètre carré et la longueur vaut 1 mètre. Si l'on augmente la longueur ou on diminue la surface, la résistance de l'objet augmente, mais la résistivité, qui est une propriété intrinsèque du matériau, ne varie pas. L'unité SI de la résistivité est l'ohm par mètre (Ω.m).

\[\rho = R.\frac{S}{L}\]

L'inverse de la résistivité est connu sous le nom de conductivité σ, qui est définie comme la propriété qui détermine la facilité avec laquelle un conducteur permet le flux de charge de se déplacer. \[\sigma=\frac{1}{\rho}\]

Composants d'un circuit

Un composant d'un circuit est un dispositif ou un objet qui est utilisé dans les circuits pour stocker de l'énergie, limiter le flux de courant ou réaliser d'autres fonctions utiles. Voici quelques exemples de composants :

  • Les résistances ou les conducteurs ohmiques : utilisées pour réguler l'intensité du courant électrique.
  • Les condensateurs : utilisés pour stocker l'énergie électrique.
  • Les diodes : permettent le passage du courant dans un seul sens.
  • Les sources : c'est-à-dire les générateurs de tension ou de courant.
  • Les bobines : utilisés pour stocker l'énergie sous forme d'un champ magnétique.

Supraconductivité

La supraconductivité est la propriété qu'ont certains conducteurs d'avoir une résistance nulle au passage du courant. Les supraconducteurs sont donc des matériaux qui offrent une résistance nulle à une température appelée température critique. Pour connaître les températures critiques de certains matériaux, voir le tableau ci-dessous.

Matériau
Température critique en Kelvin
Gallium1,1
Plomb7,2
Mercure4,2
Tungstène0,01

Les températures critiques trouvées jusqu'à présent pour tout matériau conducteur sont très basses, généralement bien en dessous de zéro Celsius et très proches de zéro kelvin (le zéro absolu à \(-273,16 ^{\circ}C\)).

Quelle est l'histoire de l'électricité ?

Il n'y a pas de moment décisif dans l'histoire de l'électricité. Près de 300 ans d'études et de développement ont permis de déterminer la manière dont nous produisons, distribuons, installons et utilisons l'électricité, ainsi que les appareils qu'elle alimente.

C'est au 18ᵉ siècle que l'électricité a été étudiée, capturée et apprivoisée pour la première fois. Des centaines de "spécialistes des sciences naturelles" en Angleterre, en Europe et dans le nord de l'Amérique ont étudié l'électricité dans la nature pendant les 150 années suivantes, mais la produire en dehors de la nature était un autre défi.

Ce n'est qu'à la fin du XIXᵉ siècle que l'électricité a été générée à grande échelle. Des chercheurs internationaux engagés dans des études scientifiques pures, ainsi que des hommes d'affaires entreprenants, qui ont fait leurs propres découvertes importantes ou qui ont créé, promu et vendu des produits établis sur les idées d'autres personnes, ont contribué à ouvrir la voie à une large utilisation commerciale de l'électricité.

Voici une chronologie de l'évolution de l'électricité :

  • 1752 : Benjamin Franklin démontre que la foudre est un phénomène électrique.
  • 1800 : La première pile est inventée par Alessandro Volta.
  • 1821 : Michael Faraday crée le premier moteur électrique.
  • 1826 : Georg Simon Ohm découvre la relation entre la résistance, le courant et la tension, également connue sous le nom de loi d'Ohm.
  • 1831 : L'anneau d'induction est inventé par Michael Faraday.
  • 1832 : La première dynamo est inventée en France par Hippolyte Pixii.
  • 1834 : Le premier moteur à courant continu américain est construit par Thomas Davenport.
  • 1835 : Le relais électrique est inventé par Joseph Henry.
  • 1839 : William Robert Grove invente la première pile à combustible.
  • Années 1860 : La théorie des champs électromagnétiques est développée par James Clerk Maxwell.
  • 1876 : La dynamo à bobine ouverte est inventée par Charles F. Brush.
  • 1878 : La première ampoule à incandescence inventée par Joseph Swan est présentée à la Société chimique de Newcastle.
  • 1879 : L'ampoule à incandescence fonctionnant 40 heures est inventée par Thomas Edison.
  • 1879 : La lampe à arc à pinceau est inventée.
  • 1881 : Le tramway électrique est inventé par Gustave Trouvé.
  • 1882 : Ouverture de la première centrale électrique.
  • 1883 : La bobine Tesla est inventée.
  • 1884 : L'alternateur électrique est inventé.
  • 1886 : Développement du transformateur à bobine d'induction et du réseau électrique à courant alternatif.
  • 1888 : Nikola Tesla invente le premier système moderne à courant alternatif.
  • 1893 : Le courant alternatif est utilisé pour la première fois pour éclairer les lampadaires.
  • 1897 : L'électron est découvert par J. J. Thomson.

Électricité - Points-clés

  • Un champ électrique est créé par la présence de charges électriques.
  • Le champ électrique a un impact sur les charges électriques qui se trouvent à l'intérieur de celui-ci.
  • L'unité SI de la puissance électrique est le watt, qui est égal à un joule par seconde.
  • L'énergie électrique est l'énergie exploitée par le mouvement des électrons.

Questions fréquemment posées en Électricité

L’électricité est un phénomène provenant de l'interaction et du déplacement de particules chargées. 

L'électricité a pour rôle d'alimenter les machines et moteurs électriques, pour en convertir l'énergie électrique en une autre forme d'énergie utile pour la vie quotidienne.

Prenons l'exemple d'une dynamo ou d'une centrale hydraulique où l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique. 

Dans le cas de la centrale hydraulique, la chute de l'eau fait tourner des turbines, ce qui créé un courant électrique.

Le déplacement des électrons est équivalent à un courant électrique. Dans le cas de matériaux conducteurs comme les métaux, on trouve des électrons libres (non liés aux noyaux) sur leur surface. Ces électrons-ci sont libres de se déplacer quand on applique une différence de potentiel comme dans le cas d'une pile comportant un pôle positif et un autre négatif. Le sens du déplacement des électrons est du pôle négatif au pôle positif, mais par convention on considère que le courant se déplace dans le sens opposé au déplacement des électrons.

Évaluation finale de Électricité

Électricité Quiz - Teste dein Wissen

Question

Quelle est la définition de l'intensité du courant électrique ?

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Réponse

Le courant électrique est le nombre de charges qui traversent une section transverse d'un matériau par unité de temps.

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Question

Depuis quand sait-on que la foudre est la manifestation d'un phénomène électrique ? Qui a fait cette découverte ?

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Réponse

Depuis 1897. Thomas Edison

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Question

Comment un champ magnétique est-il créé ?

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Réponse

Un champ magnétique est créé par le mouvement de charges électriques, ce que l'on appelle un courant électrique.

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Question

Quelle loi détermine la force exercée entre deux charges ?

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Réponse

La loi de Coulomb

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Question

Quelle est l'unité SI de la puissance électrique ?

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Réponse

Le Watt, qui est égal à un Joule par seconde.

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Question

Qu'est-ce que l'énergie électrique ?

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Réponse

L'énergie électrique est l'énergie due à la présence de charges électriques.

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Question

Qu'est-ce qu'un courant électrique ?

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Réponse

Un courant électrique est le flux de charges électriques dans un circuit.

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Question

Quelle est l'unité SI d'un courant électrique ?

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Réponse

L'unité SI d'un courant électrique est l'Ohm.

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Question

Quelle est la différence de potentiel électrique ?

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Réponse

La différence de potentiel électrique est le travail à effectuer pour transporter une charge unitaire d'un point à un autre du circuit.

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Question

Quelle est l'unité SI de la différence de potentiel ?

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Réponse

L'unité SI de la différence de potentiel est le Volt.

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Question

Qu'est-ce que la résistance électrique ?

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Réponse

La résistance au passage du courant.

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Question

Quelle est l'unité SI de la résistance ?

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Réponse

L'unité SI de la résistance est l'Ohm (Ω).

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Question

Qu'est-ce que la résistivité ?

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Réponse

La résistivité (ρ) d'un matériau est la résistance d'un morceau de ce matériau dont la surface fait 1 mètre carré et la longueur fait 1 mètre.

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Question

Quelle est l'unité SI de la résistivité ?

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Réponse

L'unité SI de la résistivité est l'ohm mètre (Ω . m).

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Question

Qu'est-ce que la supraconductivité ?

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Réponse

La supraconductivité est la propriété qu'obtiennent certains conducteurs d'avoir une résistance nulle au passage du courant lorsque la température est suffisamment basse.

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Question

Un chargeur de \(60W\) reçoit un courant de \(2A\). La résistance du composant électrique est de :

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Réponse

\(15 \Omega\)

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Question

Quelle quantité d'énergie électrique est consommée lorsqu'une tension de \(150V\) opère à \(2A\) pendant une seconde ?

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Réponse

\(300 J\)

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Question

Entre un courant élevé et une tension élevée, qu'est-ce qui risque de faire chauffer plus un fil ?

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Réponse

Un courant élevé

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Question

Calcule la puissance consommée lorsqu'un courant de \(10A\) parcourt une résistance de \(2\Omega\).

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Réponse

\(200W\)

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Question

Une ampoule ayant été allumée pendant \(20s\) a consommée une énergie de \(100J\). Quelle puissance l'ampoule consomme-t-elle ?

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Réponse

\(5W\)

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Question

Calcule la puissance transmise lorsqu'un courant de \(5A\) circule sous une tension de \(5V\).

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Réponse

\(25W\)

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Question

Quelle est la définition de la puissance ?

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Réponse

La puissance est le débit d'énergie, ou la quantité d'énergie débitée chaque seconde.

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Question

1 kilo Watt vaut 

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Réponse

1000 Joules par seconde

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Question

La puissance est directement proportionnelle au courant circulant dans le circuit.

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Réponse

Vrai

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Question

Comment peut-on calculer la puissance à partir de l'intensité du courant et de la résistance ?

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Réponse

\(P=RI^2\)

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Question

La puissance reçue par un composant indique : 

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Réponse

L'énergie qu'il consomme pendant une seconde.

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Question

Si la tension augmente dans un circuit, alors la puissance ...

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Réponse

augmente

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Question

Quelle expression nous donne la puissance ?

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Réponse

\(P=UI\)

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Question

1 Watt =

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Réponse

1 Joule par seconde

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Question

Quelle est l'unité de la puissance électrique ?

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Réponse

Toutes les réponses

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Question

Le kilo-Watt-heure est une unité ...

Montrer la réponse

Réponse

d'énergie

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Question

1 kilo-Watt-heure vaut \(1kWh=\)

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Réponse

\(3{,}6\cdot 10^6 \,J\)

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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.  

Montrer la réponse

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 ?

Montrer la réponse

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 ?

Montrer la réponse

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

Montrer la question

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

\(Q=I\cdot t\)

Montrer la question

Question

Quelle est l'unité SI du courant électrique ?

Montrer la réponse

Réponse

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

Montrer la question

Question

Comment l'électricité est conduite ?

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Réponse

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

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que l'électricité ?

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Réponse

C'est une forme d'énergie.

Montrer la question

Question

Quel type de transformateur fait diminuer la tension ?

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Réponse

Le transformateur abaisseur

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Question

Quels sont les deux types de transformateurs ?

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Réponse

Les transformateurs abaisseurs et élévateurs.

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