La courant électrique

La courant électrique
• Qu’est-ce qu’un courant électrique ?
• Qu’est ce que l’intensité d’un courant électrique ?
La nature du courant électrique
On considère le circuit suivant :
Aucun courant électrique ne circule car le circuit est ouvert.
Pourquoi ?
Quelle est l’interprétation microscopique du courant électrique ?
Diapositive suivante :
Clic
La nature du courant électrique
Point de vue microscopique :
Dans un fil de connexion en cuivre, les noyaux sont immobiles et plusieurs électrons
(représentés ici par des petites sphères rouge ou bleu) par atome de cuivre sont
libres de se déplacer entre les ions (représentés par les plus grosses sphères).
Quand le circuit est ouvert, des électrons sont en mouvement d’agitation désordonné.
Diapositive suivante :
Clic
La nature du courant électrique
Que se passe-t-il maintenant dans ce fil de connexion après avoir fermé l’interrupteur ?
Point de vue microscopique :
Quand le circuit est fermé, à ce mouvement désordonné, se superpose un
mouvement d’ensemble des électrons qui sont attirés par le pôle positif du
générateur et repoussés par le pôle négatif.
Le courant électrique est un déplacement d’ensemble des électrons libres.
Diapositive suivante :
Clic
La nature du courant électrique
Le mouvement ordonné est très lent : de l’ordre de 0,2 mm.s-1 (pour un courant
d’intensité voisine de 10 A et pour une section du conducteur de l’ordre du mm2 ).
Toutefois tous les électrons libres du circuit électrique se mettent en mouvement
dès que l’on ferme l’interrupteur.
Diapositive suivante :
Clic
La nature du courant électrique
Le sens conventionnel du courant électrique est opposé au sens de déplacement
des électrons :
Sens du courant conventionnel :
flèche rouge
Sens du déplacement des électrons
en bleu
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité du courant électrique
On considère le circuit suivant :
L’expérience montre que l’intensité du courant
électrique est la même en tout point de ce circuit.
A I=230 mA
I=230 mA A
Le sens conventionnel du courant électrique est donné
par la flèche
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité du courant électrique
Quelle interprétation microscopique donne-t-on de l’intensité d’un courant électrique ?
S
S
Le cylindre figure une partie du conducteur, S est
une section de ce conducteur.
Les ions, immobiles, ne sont pas représentés. Quelques électrons de conduction sont
figurés par des sphères de couleur rouge ou bleue sur l’animation suivante.
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité du courant électrique
Le point de vue microscopique
S
Supposons que l’on compte le
nombre N d’ électrons qui
traversent la section S du
conducteur au cours du temps t.
Chaque électron possède la
charge –e. (e est la charge
élémentaire de l’électron,
e=1,6.10-19 C).
La charge N.e traverse S au
cours du temps t.
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité du courant électrique
Du microscopique au macroscopique
S
Dans un circuit de lampe de poche, environ 2 milliards
de milliards d’électrons traversent une section S
quelconque du conducteur à chaque seconde
On appelle q(t) la quantité d’ électricité qui a traversé S
entre la date t et la date t=0.
q(t) est égal au nombre d’électrons qui a traversé S pendant cette durée t
multipliée par la charge électrique élémentaire e.
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité du courant électrique
I=230 mA A
La charge électrique q qui traverse S est
proportionnelle à la durée t
S
q (C)
0
temps (s)
Le rapport q/t représente un débit de charges : c’est l’intensité I du courant électrique.
I= q/t soit q=I.t
I s’exprime en ampère (A), q en coulomb (C) et t en seconde (s).
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité du courant électrique
Remarque :
q (C)
Dq
Dt
0
temps (s)
Si pendant la durée Dt, la charge qui a traversé la section du conducteur est Dq, alors on
peut écrire I= Dq/Dt
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité d’un courant électrique
Dans certains cas, lors de la charge d’un condensateur par exemple, l’intensité du courant
électrique n’est pas constante alors que les électrons se déplacent dans le même sens.
Voici une animation pour nous aider à définir l’intensité :
S
L’animation illustre le fait que la vitesse du mouvement d’ensemble des électrons de
conduction est la plus grande au début. Et qu’il n’y a plus de déplacement des charges
quant t devient très grand.
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité d’un courant électrique
Cette fois l’intensité du courant électrique n’est pas constante car le rapport q/t évolue au
cours du temps :
Comment définir l’intensité i ?
On définit l’intensité instantanée i(t) par le coefficient directeur de la tangente à la
courbe q(t) à la date t :
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité d’un courant électrique
Soit p(t) le coefficient directeur de la tangente à la courbe q(t) à la date t :
p(t=0s)
p(t=5s)
p(t=10s)
p(t=20s)
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité d’un courant électrique
p(t=0s)
p(t=20s)
Le coefficient directeur passe d’une
valeur maximale à une valeur nulle, ce qui
correspond à l’évolution de l’intensité du
courant électrique
En posant i(t) = p(t) , on a :
i(t) = dq/dt
Ainsi i est égal à la dérivée de q par rapport
au temps.
i(t) en A
p(t=0s)
p(t=5s)
p(t=10s)
p(t=20s)
0
t en s
10
20
30
Diapositive suivante :
Clic
L’intensité d’un courant électrique
On peut donc déterminer l’évolution de i dans ce cas :