Chapitre 3. Le courant électrique

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1 Chapitre 3 Le courant électrique Dans le chapitre 1, pour comprendre la DDP, on a fait une analogie hydraulique avec le principe des vases communicants. On sait que l écoulement d eau entre les deux réservoirs est dû à la différence de pression entre ces deux vases. Ce déplacement d eau dans le canal on l appel courant d eau. Par analogie le déplacement des électrons dans un circuit électrique est appelé courant électrique. A- Le courant électrique : 1. Analogie : Le réservoir est relié à un corps récepteur d eau par un tuyau. L eau se déplace d un point à un autre, appelé courant d eau. La même chose pour les électrons qui se déplacent dans un conducteur. On appel se déplacement d électron courant électrique. Figure 1 Soit un circuit simple composé d un générateur, de deux conducteurs et d une lampe : Le schéma nous montre l action d une pile électrique (générateur=réservoir) sur la lampe et les conducteurs (=tuyau), on peut comparer la pile électrique à une pompe à électrons. Les électrons sont sensés se déplacer, dans le conducteur et la lampe, de gauche à droite. Ils se déplacent du borne (-) vers la borne (+) de la batterie. Figure 2 Pour qu'un courant électrique I circule dans un conducteur, il doit obligatoirement exister une différence de potentiel U entre les extrémités du conducteur. Il faut également que le circuit soit fermé par une charge. Cette charge peut prendre plusieurs formes : lampes, corps de chauffe, moteurs, etc. Monteur Câbleur : électricité 3.1 Le courant

2 2. Explication Figure 3 A la borne positive du générateur, il existe un manque d électrons ; cette borne tend donc à en capter afin de rétablir son équilibre électrique (atomes électriquement neutres), mais ne peut pas les puiser directement dans l autre partie du générateur. Les électrons libres des atomes du conducteur, voisins de la borne, sont ainsi captés. A son tour, l atome qui vient de perdre un ou plusieurs électrons va essayer d en capter. Il ne peut le faire qu en s appropriant ceux de l atome voisin et ainsi de proche en proche jusqu à la borne négative du générateur qui en a trop et tend donc à les repousser. Il y a donc un mouvement ordonné des électrons libres dans la matière. Ils se déplacent de la borne négative (excès d électrons) dans le conducteur jusqu à la borne positive (manque d électrons). Dés que les électrons en excès de la borne négative sont venus compenser le manque de la borne positive, les charges électriques positives et négatives n existent plus : le générateur est déchargé. Pour que toutes les charges négatives ne rejoignent pas instantanément la borne positive, c est-à-dire le court-circuit, on place dans le circuit un corps qui possède peu d électrons libres, limitant le passage de ceux-ci et qu on nomme «récepteur» (lampes, radiateur, chauffe-eau, moteur électrique ). On définit le courant électrique comme étant : Un déplacement ordonné d électrons qui se fait, à l extérieur du générateur, de la borne négative (-) à la borne positive (+) et à l intérieur du générateur du (+) au (-). B- L intensité du courant électrique : 1. Analogie hydraulique : Par analogie, dans un circuit hydraulique, l intensité c est le débit d eau qui circule dans le tuyau. Dans l exemple ci-dessous nous prenons l installation d un château d eau. Monteur Câbleur : électricité 3.2 Le courant

3 Figure 4 L intensité du courant électrique est comparable au débit du courant d eau qui sort du robinet. L intensité du débit d eau est d autant plus forte que la colonne d eau est élevée. Le compteur d eau qui chiffre le débit d eau peut être comparé à l appareil qui mesure l intensité du courant électrique, c est-à-dire l ampèremètre. 2. Définitions : - Intensité : L intensité d un courant électrique est déterminée par le nombre d électrons se déplaçant par seconde dans un conducteur. - Unité : l unité de l intensité d un courant est l ampère. Symbole A. - Grandeur : la grandeur du courant électrique est l intensité de symbole I. Symbole de la Grandeur Symbole de l unité de mesure appareil de mesure (symbole) Ampèremètre I A Se branche en série 3. Exemples : L Intensité de la lampe de poche est I = 0,3 A, d un fer à repasser I = 5A et d un chauffeeau I = 10 A. 4. Mesure : Dans les applications électriques, nous cherchons à quantifier ce courant I. Cette mesure est effectuée avec un instrument qui porte le nom d'amperemetre. Dans les schémas, l'ampèremètre se symbolise comme ceci : Il se raccorde en série dans le circuit. Figure 5 Attention! : Lorsque vous utilisez un ampèremètre, vous devez toujours vous poser les questions suivantes : 1. Réfléchir aux gestes que vous allez entreprendre. 2. Quel est le genre de courant I que je mesure? 3. Choisir la valeur la plus grande de l'échelle de l'ampèremètre. 4. Interpréter la mesure Il y a danger de mort si vous ne prenez pas de précautions. Monteur Câbleur : électricité 3.3 Le courant

4 5. Sens de circulation du courant électrique : Sur la figure3 ci-dessus on remarque des flèches indiquant le sens du courant électrique, mais quel sens faut-il adopter? Au début, on ne connaissait pas la nature du courant électrique, on en constatait seulement ses effets. On a choisi à priori un sens conventionnel au passage du courant électrique. Ce sens conventionnel, toujours employé dans l'industrie, va du plus vers le moins, à l'extérieur de la source. Les électrons, qui sont négatifs, sont attirés par les charges positives, et donc se déplacent du (-) vers le (+) ce déplacement est le sens réel du courant électrique, appelé aussi sens électronique, se sont les électrons libres qui se déplacent, et ceci toujours à l'extérieur de la source. Voir les flèches sur la figure 6 ci-dessous. Comme beaucoup de lois ont été fondées sur l'ancienne règle, on précise toujours de quel sens on parle à l'énoncée de celles-ci. Figure 6 C- La quantité d électricité : Chaque électron possède une charge unitaire (négative) de q e =-1,6x10-19 Coulombs. Si on observe de très près un conducteur électrique voir figure 6 ci-dessus, un certain nombre d électrons traversent la section droite du conducteur pendant une durée de temps t. L intensité I du courant électrique est égale à la valeur absolue de la quantité de charge Q transportée par les électrons par rapport à la durée de temps t : I= Q /t Donc : La quantité d électricité Q est Le nombre d électrons transportés par un courant électrique I En un temps donné t. Q =I x t I (Intensité) : L intensité d un courant électrique exprimée en ampère [A]. t (temps) : temps de passage du courant électrique en seconde [s] ou en heure [h]. Q (quantité d électricité) est exprimé en coulomb [C] =[A]x[s] L unité de quantité d électricité n est pas l électron qui est trop petit mais le coulomb Monteur Câbleur : électricité 3.4 Le courant

5 1 coulomb = 6, électrons 1 coulomb = 1 ampère x 1 seconde La quantité d électricité est exprimée en coulomb C (ampère seconde) si le temps est exprimé en seconde et en ampère- heure, Ah, si le temps est exprimé en heure h. 1 Ah = 1 A. 3600s= 3600 As = 3600C Exercices : 1 Une batterie d'accumulateurs a fournie une quantité d'électricité de Coulombs pendant une minute. Calculer l'intensité du courant débité par la batterie. 2 Une batterie d'accumulateurs se décharge complètement en trois heures lorsqu'elle débite 10 Ampères. Calculer la capacité de la batterie en ampères-heures. 3 Une lampe à incandescence fonctionne 10 heures par jour et est traversée par un courant de 0,8 A. Calculer en Ampères-heures et en Coulombs la quantité d'électricité consommée en un mois de trente jours. Monteur Câbleur : électricité 3.5 Le courant