Le courant et la tension électrique

Le courant et la tension électrique
Définition du courant électrique
Le courant électrique correspond au déplacement d'électrons « enlevés » à des atomes que l on a de ce fait chargé électriquement. On
appelle ces électrons des électrons libres. Ils se déplacent dans un milieu dit conducteur formant un circuit électrique.
Intensité du courant électrique
Si on pouvait observer un point quelconque d'un circuit électrique en fonctionnement et y compter le nombre d'électrons passant pendant
un temps donné, on mesurerait alors le « débit » d'électrons libres. Ce « débit d électrons» est appelé intensité du courant électrique.
Le courant est désigné par la lettre I, il se mesure en Ampère [A].
Un courant de 1[A] (un ampère) correspond au passage de « beaucoup » d électron ( 6,25 1018 électrons ).
Définition de la tension électrique
Le courant électrique est un déplacement d'électrons et le débit de ces électrons permet de définir l'intensité du courant. Mais, pour qu'il
y ait circulation des électrons il faut disposer d un générateur de courant dont la caractéristique sera de créer un déséquilibre de
charge, capable « d attirer et de repousser » les électrons. Ce déséquilibre de charge sera appelé tension électrique.
Autrement dit, la présence d un générateur aux bornes d un circuit conducteur permet la création d une tension qui « entraîne » la mise
en mouvement des électrons.
Le courant électrique généré pourra être utilisé pour faire fonctionner un appareil que l on appellera récepteur.
Notion de potentiel
Considérons ce circuit hydraulique. Si l on veut faire tourner la
roue, il faut que la pompe fasse circuler l'eau du réservoir B vers le
réservoir A. Les niveaux peuvent être repérés par les altitudes des
plans d eau, hA et hB.
Cet écart d altitude permettra la création du débit d eau de A à B.
Dans le schéma électrique la pompe à eau est remplacée par le
générateur électrique qui fait circuler les électrons et les fait
"tomber" du point A jusqu' au point B.
L écart « d altitude » entre A et B correspond à la tension aux
bornes du récepteur.
Sur cette installation on peut dire que :
La pompe est le générateur
La roue est le récepteur.
Le débit d eau correspond à l « intensité »
L écart d altitude hA- hB correspond à la tension
Le niveau électrique aux points A et B correspond à une grandeur appelée potentiel électrique. Les potentiels se mesurent en Volts (V).
Différence de potentiel
Le fonctionnement du récepteur hydraulique ci-dessus (la roue) n'est possible que s il existe une différence d'altitude. De même, le
fonctionnement du récepteur électrique n'est possible que s il existe une différence de potentiel (que nous avons appelé aussi tension).
Elle est notée : UAB ou U
Choix du potentiel de référence
Nous avons compris le parallèle entre différence de potentiel et différence d altitude.
L altitude est indiquée par rapport au niveau de la mer.
De la même façon le potentiel électrique est indiqué par rapport à celui de la terre.
Au bord de la mer l altitude est de 0 [m], de même, le potentiel électrique de la terre est considéré comme nul (0 [V]). C est le potentiel
de référence.
3) Raccordement des récepteurs en série
Pour que le courant puisse circuler du générateur au récepteur, puis du récepteur au générateur, il faut que le circuit électrique soit
fermé.
Lorsque le circuit électrique alimente plusieurs récepteurs, il y a plusieurs façons de les raccorder soit en série, soit en parallèle. Le
raccordement en série n est pas le plus courant, mais c est le plus simple à comprendre.
Dans les branchements en série, le courant traverse successivement les récepteurs. Dans le schéma ci-dessous, les 2 récepteurs
sont parcourus par la même intensité, qui reste identique d un bout à l autre du circuit électrique.
La chute de potentiel de L à N s effectue tout au long du circuit LN en proportion de la résistance que chaque portion du circuit offre au
passage de l électricité.
Les conducteurs (fil électrique) LA, BC, DN n offrent presque aucune résistance au passage de l électricité. En conséquence, on
peut admettre que le potentiel en L est identique à celui en A. De même, le potentiel en B est identique à celui en C et le potentiel en D
est identique à celui en N.
La chute de potentiel de L à N a donc pour l essentiel lieue à la traversée des récepteurs. Si le circuit LN présente 2 récepteurs AB et
CD raccordés en série :
On peut écrire que la chute de potentiel totale (U LN) est la somme successive des chutes de potentiels dans les récepteurs en série (U
AB + U CD)
U LN = U AB + U CD
4) Raccordement des récepteurs en parallèle
Dans les branchements en parallèle, le courant se partage entre les récepteurs comme se répartirait une circulation de voitures :
L
N
C
A
B
D
Le potentiel électrique correspond à la notion d altitude.
Altitude 230 m
Altitude 0 m
L
A
N
B
C
D
Nous notons sur ce plan que l altitude de la rue L-A-C est de 230 m et que l altitude de la rue D-N-B est nulle.
En conséquence, la différence d altitude (différence de potentiel) est identique aux « bornes » des rue AB et CD.
Il en est de même aux bornes de récepteurs montés en parallèle :
Nous savons que les conducteurs n entraînent pas de variation du potentiel, car ils n offrent pas de résistance au passage de l électricité.
En conséquence, sur le circuit électrique ci-dessous, le potentiel en L, A et C est identique et par exemple de 230 [V].
De même le potentiel en D, B, N est identique et par exemple de 0 [V].
5) Mesures électriques
Mesure de l intensité du courant électrique
Le circuit électrique est constitué d un générateur, d un fil conducteur et d un récepteur. Pour mesurer l intensité électrique, on installe sur
le circuit un appareil de mesure capable de voir passer tout le courant électrique.
M : Récepteur (moteur)
Ampèremètre (source Cimel)
A : Mesureur d intensité (ampèremètre)
L intensité électrique se mesure à l aide d un ampèremètre. Il se branche en série dans le circuit dont on mesure l intensité.
Pour installer l ampèremètre, il faut momentanément ouvrir le circuit. Cette installation nécessite donc de mettre hors tension le
récepteur.
Attention : Il ne faudra jamais brancher d ampèremètre directement aux bornes d un générateur. Il devra toujours se trouver en série
avec le générateur et le récepteur.
Pince ampèremétrique (source wekman)
Pour mesurer l intensité du courant qui traverse le récepteur (ici un moteur M) sans avoir à le débrancher (et donc le mettre hors
tension), on peut utiliser une pince ampèremétrique.
Dans cette pince, on place le conducteur de phase ou celui de neutre, mais pas les deux en même temps. Si l on place les 2 fils à
l intérieur de la pince, l intensité indiquée sera nulle.
Cette méthode de mesure n est compatible qu avec le courant alternatif
Mesure d une différence de potentiel (mesure d une tension)
Pour mesurer une différence de potentiel, on raccorde un appareil de mesure entre les 2 points dont on souhaite connaître la différence
de potentiel
La différence de potentiel se mesure à l aide d un voltmètre. Sur le schéma ci-contre, le voltmètre mesure la tension aux bornes du
moteur. Il doit être branché en parallèle (ou en dérivation) avec le récepteur.