Cours n°10 : Electrocinétique des courants continus Introduction L

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Cours n°10 : Electrocinétique des courants continus
Introduction
L’électrocinétique est la branche de l’électromagnétisme qui étudie le transport des charges
électriques dans les circuits conducteurs. Ses applications, de l’électrotechnique à l’électrocinétique,
ont révolutionné la société humaine à tel point que l’on peut placer l’invention du circuit électrique
au même niveau que celles de l’agriculture, de la roue ou de l’écriture dans l’histoire de l’humanité.
Elle a envahi tous les secteurs de l’économie et de la vie quotidienne et jamais une société n’a été
autant tributaire d’une technologie.
Il suffit d’imaginer ce qu’il nous arriverait si la terre était privée de tout courant électrique pendant
vingt-quatre heures…
Nous allons, dans ce chapitre, étudier les lois qui régissent le fonctionnement des circuits électriques
en courant continu.
1) Caractéristiques générales des circuits électriques
1.1) Définitions
Pour pouvoir écrire les équations régissant la physique des circuits électriques, il est nécessaire de
rappeler quelques définitions.
Un circuit électrique est un ensemble simple ou complexe de conducteurs et de composants
électriques ou électroniques parcouru par un courant électrique.
Un dipôle est un élément de circuit connecté au reste du circuit par deux bornes et dans lequel peut
circuler un courant électrique.
La caractéristique d’un dipôle est la courbe représentant la tension aux bornes du dipôle en fonction
de l’intensité qui le traverse :    .
Un nœud est un point de connexion d’au moins trois dipôles.
On dit que deux dipôles sont montés en série lorsqu’ils sont connectés bout à bout.
Une branche est une partie d’un circuit composée d’un ou plusieurs dipôles en série.
On dit que deux branches sont en parallèle ou en dérivation si elles sont connectées au même
nœud.

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Une maille est constituée d’une ou plusieurs branches contiguës formant une boucle fermée.
Une maille est tout simplement un circuit fermé.
1.2) Courant électrique
1.2.1) Définitions
Conducteurs électriques
Certains matériaux contiennent des particules chargées libres de se déplacer à l’intérieur de ces
matériaux.
Il existe différents types de matériaux conducteurs :
- Les métaux pour lesquels les électrons de valence faiblement liés, dits électrons libres ou de
conduction, sont susceptibles de se déplacer librement à l’intérieur de la structure cristalline
sans voir les ions du réseau. Il y a un à deux porteurs de charge par atome.
- Les semi-conducteurs qui ont une conductivité intermédiaire entre les métaux et les isolants.
Il y a un électron pour  atomes.
- Les solutions ioniques ou électrolytes dans lesquelles la conduction est effectuée par les ions.
- Les plasmas ou gaz ionisés (tubes néon).
Courant électrique
En l’absence de champ électrique, les porteurs de charge sont animés d’un mouvement aléatoire. Le
conducteur est dit en équilibre électrostatique.
Quand on applique un champ électrique, le mouvement des porteurs de charge devient
partiellement ordonné. On observe alors l’apparition d’un courant électrique.
Le courant électrique peut être défini par un flux ordonné de porteurs de charges à travers un
conducteur.
Circuit série :
- 0 nœud
- 1 branche
- 1 maille
Circuit parallèle :
- 2 nœuds
- 3 branches
- 3 mailles

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1.2.2) Intensité du courant électrique
L’intensité du courant électrique en un point du circuit est définie comme le débit de charge
électrique traversant une section droite de conducteur au point considéré.
On a ainsi :
où  est la quantité de charge traversant la section droite de conducteur pendant la durée
élémentaire .
En régime stationnaire (pour lequel les phénomènes envisagés ne dépendent pas du temps),
l’intensité est constante.
La mesure de l’intensité se fait à l’aide d’un ampèremètre et s’exprime en Ampères de symbole .
Cet ampèremètre doit être monté en série.
1.2.3) Sens du courant
Les scientifiques ont historiquement pensé que les porteurs de charge dans les métaux étaient
chargés positivement et ont défini le sens conventionnel du courant en se basant sur le sens de ce
déplacement.
Le sens conventionnel du courant dans un circuit est défini, à l’extérieur du générateur comme allant
de la borne positive vers la borne négative du générateur.
Actuellement, on sait que le courant est, dans les métaux, transporté par les électrons libres chargés
négativement.
Le sens du courant est opposé au sens réel de déplacement des porteurs de charge.

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Dans la pratique, il sera dans de nombreux cas difficile de connaître le sens réel du courant.
On choisira donc un sens conventionnel puis on adoptera la convention algébrique :
- si    le courant circule dans le sens choisi
- si    le courant circule dans le sens opposé au sens choisi.
1.2.4) Propriétés
Unicité de l’intensité
L’intensité du courant reste constante le long d’une même branche quels que soient les dipôles
montés en série sur cette branche.
Loi d’additivité des intensités ou loi des nœuds
La somme algébrique des intensités des courants qui entrent par un nœud est égale à la somme
algébrique des intensités des courants qui en partent.
Exemple :
1.3) Tension électrique
1.3.1) Définition
La tension électrique est par définition la différence de potentiel électrique ou DDP entre deux
points d’un circuit électrique.
La tension s’exprime en Volt de symbole .
La mesure de la tension se fait entre deux points donnés d’un circuit à l’aide d’un voltmètre branché
en parallèle.

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Oscilloscope
Le voltmètre ne permet pas l’étude des régimes transitoires. Pour cela, on utilise un oscilloscope qui
permet l’enregistrement de plusieurs tensions simultanément.
1.3.2) Propriétés
Loi d’additivité des tensions (ou relation de Chasles)
Loi d’unicité des tensions
La tension aux bornes de deux branches en dérivation est identique.
Sur la voie 1 on mesure
Sur la voie 2 on mesure