Le courant électrique continu – Cours
LE COURANT ÉLECTRIQUE CONTINU
1. Courant électrique – Électrisation par frottement
a. Expérience
On fait frotter deux bâtons de verre avec un morceau de soie et on les rapproche l’un de l’autre (fig.1), et on répète la même expérience en remplaçant le verre par l’ébonite (fig.2).
On approche un bâton d’ébonite électrisé à un bâton de verre suspendu : on observe une attraction.
Observation : Le frottement a modifié les propriétés de la surface de la matière et elle est devenue électrisée ou chargée d’électricité.
b. Les deux types d’électricité et leurs interactions mutuelles
- Il existe deux sortes d’électricité : celle qui apparaît sur le verre et celle qui apparaît sur le bâton d’ébonite.
- Par convention, l’électricité qui apparaît sur le bâton de verre est notée positivement (+) et celle qui apparaît sur le bâton d’ébonite est notée négativement (-).
- Deux corps qui portent des charges électriques de même signe se repoussent.
- Deux corps qui portent des charges électriques de signes contraires s’attirent.
c. Explication du phénomène d’électrisation par frottement
Explication atomique : Un atome est constitué d’un noyau chargé positivement et d’électrons chargés négativement.
Lors du frottement, le bâton d’ébonite arrache des électrons à la laine ou la soie, et la laine arrache des électrons au bâton de verre.
Nature du courant électrique
Sens conventionnel du courant électrique
- Le courant électrique est le déplacement des charges électriques.
- Le courant circule dans un circuit électrique fermé de la borne positive vers la borne négative à l’extérieur du générateur (la pile).
Nature du courant électrique dans les électrolytes
Définition : Toute substance conductrice du courant quand elle est à l’état liquide ou en solution (comme le chlorure de sodium ou le sulfate de cuivre). Autrement dit, il s’agit de substances chimiques ayant la capacité de se dissocier en ions quand elles sont mises en solution.
Dans un électrolyte :
- Les ions positifs (cations) se déplacent vers l’électrode liée à la borne négative du générateur (cathode)
- Les ions négatifs (anions) se déplacent vers l’électrode liée à la borne positive du générateur (anode)
- La circulation du courant est assurée par la double migration des ions
- Les cations se déplacent dans le sens conventionnel du courant et les anions en sens contraire
Nature du courant dans les conducteurs métalliques
Le courant électrique dans les conducteurs solides est dû à un mouvement d’ensemble d’électrons mobiles (appelés électrons de conduction) présents dans ces conducteurs.
Attention : Les électrons se déplacent en sens contraire du sens conventionnel du courant électrique.
II. Mesure du courant électrique
1. Quantité d’électricité
Les porteurs mobiles des charges électriques sont les ions et les électrons.
La quantité d’électricité Q (grandeur positive) est la valeur absolue de charges électriques déplacées par les porteurs mobiles des charges.
Q = |q| = N·α·e
L’unité de Q est le Coulomb noté C.
2. L’intensité du courant électrique
L’intensité du courant électrique est le quotient de la quantité d’électricité qui traverse une section S de conducteur par la durée Δt de passage.
\( I = \frac{Q}{Δt} \)
L’intensité se désigne par la lettre I et son unité est l’ampère (A).
3. Mesure du courant électrique
Le courant électrique est mesuré à l’aide d’appareils appelés ampèremètres. Il y a deux types d’appareils : ampèremètre à aiguille et ampèremètre numérique ou multimètre (ou AVOmètre).
Méthode de mesure :
- Pour mesurer l’intensité du courant qui circule dans une branche de circuit électrique, on branche l’ampèremètre en série avec l’appareil électrique.
- Le courant doit pénétrer l’ampèremètre par sa borne positive.
- Pour éviter de détériorer l’ampèremètre, on a intérêt à le brancher sur le plus grand calibre, puis à baisser le calibre, si possible, pour obtenir un affichage suffisamment précis.
Mesure par ampèremètre analogique (à aiguille) :
Lecture sur l’ampèremètre
\( I = \frac{(C × n) }{n₀} \)
C : calibre utilisé
n : nombre de divisions correspondant à l’intensité mesurée
n₀ : nombre de divisions du cadran
Incertitude absolue
\( ΔI = \frac{(C × classe) }{100} \)
C : calibre utilisé
Classe : donnée technique du constructeur
Incertitude relative ou précision de mesure
Définie par le quotient :\( \frac{ΔI }{I} \) (à multiplier par 100 pour l’avoir en pourcentage)
Ampèremètre numérique :
III. Propriétés du courant électrique
1. Montage en série
Le montage en série est le montage où tous les dipôles sont branchés les uns à la suite des autres.
Loi d’unicité de l’intensité :
Dans un circuit en série, l’intensité du courant est la même dans tous les composants électriques qui le constituent (y compris le générateur).
2. Montage en dérivation
On dit qu’un circuit est en dérivation si tous les dipôles (ou séries de dipôles) sont branchés en dérivation. Un circuit en dérivation peut être distingué d’un circuit en série car il comporte toujours au moins deux boucles.
Loi des nœuds :
La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui partent :
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