Chapitre 1 : Tension, courant et résistance électrique 1.1. L`atome

Chapitre 1 : Tension, courant et résistance électrique
1.1. L’atome, les électrons
1.2. Notion de charge électrique
1.3. Tension électrique
1.4. Courant électrique
Matériaux conducteurs, effets du courant électrique
1.5. Résistance électrique
Résistivité matériaux, codes couleurs, tolérance
1.6. Exos associés : résistivité, résistances, incertitudes
Durée : 2 séances cours, 1 séance TD ! environ 5h

Chapitre 1 : Tension, courant et résistance électrique
1. L’atome, les électrons
L’atome est la plus petite partie d’un élément. On trouve dans la nature des corps constitués
d’un seul type d’atomes (le fer, le cuivre, l’oxygène…) : se sont des corps simples. D’autres
sont constitués de plusieurs types d’atomes (l’eau, le méthane, l’aspirine…) : se sont des
corps composés.
Les atomes ont tous une structure similaire, composée d’un noyau et d’un nuage d’électrons.
Le noyau peut être composé de un ou plusieurs protons (particules positives +) et de
neutrons (particules non chargées). Les électrons sont des particules négatives -. Il résulte
que l’atome est lui-même électriquement neutre. Les atomes s’associent pour former des
matériaux en s’arrangeant de façon ordonnée ou non, suivant trois états : solide, liquide et
gazeux. La cohésion des matériaux est assurée par les liaisons chimiques entre les atomes.
Ces liaisons font intervenir les électrons des couches
externes de l’atome (les plus éloignés du noyau atomique).
2 conceptions différentes de l’atome et de la répartition des électrons. Dans la première, les
électrons sont représentés sur des orbites de rayon fixe (atome de Bohr), correspondant aux
énergies accessibles aux particules. Depuis les années 1930, on propose une vision liée aux
concepts véhiculés par la MQ : les électrons sont immergés dans un nuage électronique, ils
n’ont pas de position définie mais une probabilité de présence en certains points. On parle
de nuage électronique.
En électronique on utilise trois types de matériaux : les conducteurs, les semi-
conducteurs et les isolants.
La structure des matériaux solides conducteurs est telle qu’ils possèdent des électrons
libres de se déplacer : ils peuvent conduire l’électricité. Les isolants, eux, ne peuvent pas
conduire l’électricité. Le cas des semiconducteurs est particulier parce qu’ils possèdent des

propriétés qui les rendent conducteurs dans certaines conditions (à haute température) alors
qu’ils sont isolants à 0°K.
Dans les cas précédents, les porteurs sont les électrons : ce sont eux qui transportent
l’électricité, sous forme de charges électriques. Il existe aussi d’autres types de porteurs :
les ions (positifs et/ou négatifs) dans les solutions d’électrolyse, les trous (absence
d’électrons) dans les semiconducteurs…
2. La charge électrique
Dans l’atome, les électrons portent une charge négative, les protons une charge positive. La
charge d’un électron et celle d’un proton sont égales en valeur absolue. La charge électrique
se mesure en Coulombs (C). La charge d’un électron vaut : qe = -1.6
10-19 C.
Atome d’hydrogène avec un électron de charge –q et un proton de charge q.
Des charges de signes opposés s’attirent, des charges de même signe s’opposent. Si on a
deux charges q1 et q2, la force électrique (force de Coulomb) générée par q1 sur q2 sera de la
forme :
3
12
1221
0
12 4
1
r
rqq
F
→
→
=
πε
soit en module :
2
12
21
0
12 4
1
r
qq
F
πε
=
q2
q1
M1
M2
→
12
r
→
12
F

Ex pour des charges positives
r12 est la distance entre les deux charges (m).
La force s’exprime en Newtons (N).
Si l’on raisonne en terme de champ électrique, on peut décrire la force subie par une
charge électrique q2 dans un champ électrique
)(ME
→
:
)( 22 MEqF
→→
=
.
q1 génère en M2 un champ électrique
)( 2 ME
→
tel que :
3
12
12
0
1
24
)( r
rq
ME
→
→
=
πε
Champ électrique créé en M2 par la charge q1.
L’unité du champ électrique est le V/m.
Dans cas, on dira que la charge q1 est la source du champ électrique.
Le potentiel électrique créé en M par la charge électrique q s’écrit :
( )
r
q
MV
0
4 πε
=
son unité est le volt (V)
3. La tension électrique
Une tension électrique est une différence de potentiel électrique entre deux points d’un
circuit. La présence d’une tension électrique entre deux points suppose celle d’un champ
électrique entre ces deux points.
L’unité de la tension est le volt (V).
La tension se mesure dans un circuit électrique avec un voltmètre placé en parallèle. La
tension entre deux points A et B de potentiels électriques VA et VB se notera UAB = VA-VB. Elle
se représente avec une flèche comme un vecteur, ayant un sens et une direction.
q2
q1
M1
M2
→
12
r
)( 2 ME
→

Lorsqu’une tension est constante dans un circuit, c’est qu’une différence de potentiel est
générée et entretenue dans ce circuit. Cela peut être obtenu par un générateur de tension
(cf chap 3), une résistance (cf plus loin) ou d’autres composants électriques dans lesquels
circule un courant électrique.
4. Courant électrique
Définitions :
Electrostatique : étude des phénomènes d'influence entre charges immobiles
Electrocinétique : étude du courant électrique (charges en mouvement)
4.1 Notion de courant électrique : Rupture d’équilibre électrostatique
La rupture d'un équilibre électrostatique entre deux points entraîne l'apparition d'un
courant électrique transitoire (non permanent).
Soit la situation suivante dans laquelle on trouve deux régions de l’espace, chargées
différemment de charges positives (notées +++).
L’état de départ est tel que la région A est plus fortement chargée que la région A2.
Etat initial : V1>V2 et Q1>Q2 : il existe une différence de potentiel entre 1 et 2.
On installe entre les deux régions un fil doté d’un interrupteur K.
!
!
Etat final : V1'=V2', avec : Ql'=Ql-