Barbieux Alexandre

BARBIEUX Alexandre CALLEWAERT Kévin
CARLEN Cédric DEVODDERE Kévin
Travail Personnel Encadré
Thème : Ingénieurs et sciences : une histoire partagée
Sujet : Le courant électrique
Problématiques :
- Comment se caractérise le courant électrique ?
- Comment créer du courant électrique et comment le transporter ?
Lycée Colbert, Tourcoing Année scolaire 2008/2009

I) Les caractéristiques du courant électrique
A) Introduction :
L'électricité a été découverte il y a plus de 2500 ans. Dans l'Antiquité, le savant grec
Thalès l'a découverte en frottant un morceau d'ambre contre du tissu, puis a constaté que le
morceau d'ambre pouvait attirer des objets légers.. Il a ainsi, sans le savoir, découvert
l'électricité statique. En réalité, en frottant ce morceau d'ambre contre le tissu, on dit par
convention qu'il a pris des électrons au tissu, et que ces derniers sont venus se fixer sur le
morceau d'ambre. On peut donc dire que le morceau d'ambre était ainsi chargé négativement,
car il a pris des électrons qui sont chargés négativement. Une force s'est exercée sur les objets
légers ainsi attirée : il s'agit de la force électromagnétique, due à l'excès de charges, ici
négatives. La capacité d'un matériau à attirer les électrons vers lui dépend de sa résistance
électrique. En fait, Thalès n'a découvert que l'électricité statique, c'est-à-dire l'électricité créée
lorsque les électrons en excès sont incapables de circuler dans certains types de matériau. Les
matériaux isolants empêchent la circulation des électrons, ce qui fait que ces derniers restent
sur le matériau en question après le frottement, et peuvent ainsi attirer des objets légers. Les
matériaux conducteurs permettent la circulation des électrons, ce qui fait qu'ils ne restent pas
sur le matériau en question après frottement. Le fait qu'il n'y ait pas d'excès d'électrons fait
que ce matériau est inapte à attirer des objets, mêmes les plus légers.
Au cours de l'histoire, il a fallu maîtriser cette électricité pour pouvoir créer ce qu'on
appelle aujourd'hui : le courant électrique.
Le courant électrique est dû à un déplacement d’électrons dans des matériaux
conducteurs, sauf dans les solutions appelées « électrolytes », où il est dû à un déplacement
d'ions.
B) Différences entre l'intensité du courant et la tension
1) L’intensité
i) Ses caractéristiques
L’intensité, c’est le débit d’électrons libres qui circulent dans un matériau conducteur.
Elle se mesure en Ampères, par l’intermédiaire d’un ampèremètre.
Elle est définie par la formule : I = ∆q/∆t, où I est l’intensité en Ampères, ∆t le temps
en secondes, et ∆q la valeur de la charge électrique en Coulombs (C). Autrement dit, un
Ampère correspond à une charge électrique de valeur 1 Coulomb circulant en une seconde.
La charge électrique, c’est la somme des quantités d’électricité portées par les
protons, qui portent une charge électrique positive, et les électrons, qui portent une charge
électrique négative. La charge électrique peut être mise en évidence grâce à un électromètre.
La valeur de la charge électrique en un point est toujours un multiple d’une constante, notée e,
dont la valeur est d’environ 1,6.10-19 C (c’est la valeur de la charge électrique d’un proton, et
l’opposé de cette valeur correspond à la charge électrique portée par un électron).
Si on a une quantité d'électricité de 1 C en un certain nombre x de protons, cela veut dire que
l'on a : e x = 1 <=> x = 1/e ≈ 1/1,6.10-19 ≈ 6,25.1018 protons.
Cela nous permet de déduire que, si ce même nombre x d'électrons circulent en une
seconde, comme les électrons circulent dans le sens opposé à celui du courant électrique, c'est
une charge de 1C (et non de -1C) qui va être « créée » en une seconde. Selon la formule de
l'intensité, l'intensité I sera donc égale à : ∆q/∆t = 1C / 1s = 1A.
Une intensité d’1 A correspond donc à la circulation d'environ 6,25.1018 électrons en une
seconde dans un circuit.

ii) Les lois liées à l’intensité du courant
Voici deux grandes règles à propos de l’intensité du courant électrique dans un circuit
électrique :
- La règle de l’unicité du courant dans un circuit en série :
Dans un circuit en série, l’intensité du courant électrique est la même partout.
Dans ce circuit, l’intensité est la même partout car il s’agit d’un circuit en série.
- La règle de l’additivité des intensités dans un circuit en dérivation, aussi appelée « Loi
des nœuds) :
Lorsqu'il y a un croisement (que l'on appelle un nœud) entre plusieurs branches, dans un
même circuit, la somme des intensités entrantes dans le nœud est égale à la somme des
intensités sortantes de ce même nœud. Voici un exemple d'application basique de cette règle :

2) La tension
i) Ses caractéristiques
Pour comprendre ce qu’est la tension, il faut d’abord comprendre ce qu’est le
potentiel électrique : c’est une valeur qui dépend de la concentration d’électrons en un
certain point de l’espace, qui indique la capacité de mise en mouvement des électrons depuis
ce point. Il est exprimé en Volts (V). Le potentiel électrique décroît de la borne positive vers
la borne négative d'un générateur.
La tension, c’est la différence de potentiel électrique (c’est-à-dire une valeur
dépendante de la différence du nombre d’électrons entre les deux extrémités du circuit) entre
les deux extrémités d’un circuit ou d’un dipôle. On la note souvent U, et se représente sur un
schéma électrique par une flèche. Elle est également exprimée en Volts, et peut se mesurer
avec un voltmètre que l'on doit brancher en dérivation dans le circuit. La tension est définie
par la formule : U = W/q, où W est l'énergie échangée en joules, et q la valeur de la charge qui
circule. Donc un volt est la tension obtenue lorsqu'une énergie d'un joule est échangée pour
une charge électrique d'un coulomb. Le signe de cette valeur, cependant, varie selon le sens
dans lequel les électrons circulent.
On remarque, d’ailleurs, qu’il existe un autre appareil permettant de mesurer à la fois
la tension et l’intensité du courant électrique, mais aussi capable de mesurer la valeur de la
résistance électrique : son nom est : le multimètre.
ii) Les lois liées à la tension
Voici deux grandes règles concernant la tension dans un circuit électrique :
- La règle d’additivité des tensions dans un circuit en série :
Dans un circuit en série, la tension aux bornes d’un ensemble de dipôles en série est égale à
la somme des tensions aux bornes de chacun de ces dipôles.
Dans ce circuit, selon la règle d’additivité des tensions dans un circuit en série, on a :
UAD = UBA + UCB + UDC
Pourquoi cela ? Car UAD est en réalité la tension aux bornes de l’ensemble de dipôles
composé de R, L1, et D1 . Donc selon la règle d’additivité des tensions, la tension aux bornes
du générateur (étant ici également la tension aux bornes de l’ensemble composé des trois
autres dipôles) est égale à la somme des tensions aux bornes de ces différents dipôles.

- La règle d’égalité des tensions dans un circuit en dérivation :
Deux dipôles branchés en parallèle, en dérivation, sont soumis à la même tension.
Dans ce circuit, la règle d’égalité des tensions dans un circuit en dérivation nous permet de
dire que la différence de potentiel (autrement dit : la tension) U1 entre les deux extrémités de
la branche du milieu est la même que celle entre les deux extrémités de la branche de droite,
U2 : U = U1 = U2
- On remarque, d’ailleurs, qu’entre tension et intensité, les règles sont, en quelque sorte,
inversées : dans un circuit en série, l’intensité est la même partout, ce qui n’est pas le cas de la
tension ; et lorsque la tension est la même de branche en branche dans un circuit en
dérivation, les intensités ne le sont pas.
- Il faut également savoir que tension et intensité sont liées par une règle, appelée « Loi
d’Ohm » : c’est une loi qui se présente sous la forme : U = RI, où U est la tension en Volts, R
la valeur de la résistance en Ohms, et I l’intensité en Ampères. Il permet notamment de
déterminer les conséquences d’un phénomène : le court-circuit.
C) Qu’est-ce qu’un court-circuit ?
C’est le phénomène qui se produit lorsque deux fils ayant des potentiels électriques
différents viennent en contact, de façon à permettre au courant électrique de circuler dans des
fils de très faible résistance (plus faible que celle des fils dans lesquels le courant circulait
avant le court-circuit). Un court-circuit provoque une augmentation instantanée et
extrêmement importante de l'intensité, ce qui peut également provoquer une forte
augmentation de la température au niveau des fils conducteurs.
Lorsqu’il y a court-circuit, la tension ne varie pas. En revanche, les fils dans lesquels le
courant va se mettre à circuler ont une très faible résistance.
Selon la loi d’Ohm, on a : U = RI <==> I = U/R.
La tension étant constante, l’intensité ne va dépendre que de la résistance des fils dans
lesquels le courant va circuler. Comme la valeur de la résistance va fortement diminuer, la
valeur de la tension va être divisée par une valeur extrêmement petite, ce qui va bien nous
donner une intensité extrêmement grande. On comprend donc pourquoi l’intensité augmente
lors d’un court-circuit.