Un courant électrique est un déplacement de particules chargées dans un milieu conducteur








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ÉLECTRICITÉ


  1. Introduction




    1. Définition


Un courant électrique est un déplacement de particules chargées dans un milieu conducteur.

Ces particules sont :

  • des électrons dans les conducteurs métalliques et, en général, dans les conducteurs solides

  • des ions (positifs ou négatifs) dans les solutions




    1. Usages du courant électrique




  • Transport d’énergie à distance pour obtenir d’autres formes d’énergie :  mouvement, son, lumière, chaleur…

  • Transport et traitement d’informations : téléphone, radio, télévision, ordinateur…




    1. Effets du courant électrique




  • Effet calorifique: le passage d'un courant électrique dans un conducteur s'accompagne d'un dégagement de chaleur.

      • Appareils de chauffage (radiateurs, cuisinières, fer à repasser, chauffe-eau...).

      • ampoules à incandescence. 

      • Fusible. 

      • Echauffement indésirable de tous les appareils électriques et des fils transportant le courant électrique.




  • Effet lumineux: Le passage d'un courant électrique peut s'accompagner d'une émission directe de lumière.

      • Tubes d’éclairage, ampoules économiques.

      • Etincelles, éclairs d’orage.

      • Diodes lumineuses (LED : Light Emitting Diode).




  • Effet chimique: le passage du courant électrique dans les solutions électrolytiques peut s'accompagner d'une décomposition chimique (électrolyse).



  • Effets magnétiques: le courant électrique a des propriétés magnétiques (comme les aimants).

      • Un courant électrique produit un champ magnétique

      • Un fil électrique placé dans un champ magnétique est soumis à une force.

  1. Grandeurs de base en électricité




    1. Introduction


Sur les 2 ampoules sont indiquées 3 grandeurs très importantes en électricité.

  • La différence de potentiel ou tension électrique en volts (V)

  • L’intensité électrique en ampères (A)

  • La puissance électrique en watts (W)




    1. L’intensité ( I )




  • Elle représente le débit de charges électriques qui traversent le conducteur.

Un ampère correspond au passage d’une charge de 1 coulomb par seconde.

(1 coulomb est la charge électrique portée par 6,25 1018 électrons).

  • C’est de l’intensité que dépendent tous les effets d’un courant électrique.

  • Plus l’intensité dans un fil est grande, plus il s’échauffe

  • Plus l’intensité dans une ampoule est grande, plus elle éclaire (et plus elle chauffe)

  • Plus l’intensité dans un fil est grande, plus le champ magnétique produit est important.

  • Plus l’intensité du courant qui traverse notre corps est grande et plus le risque d’électrocution est grand.




    1. La différence de potentiel ou tension électrique (U)




  • C’est ce qui est nécessaire pour produire un courant électrique.

Elle est proportionnelle à la force qui s’exerce sur les charges électriques.

  • L


    Pile de force électromotrice 12 V

    a différence de potentiel fournie par une pile, entre ses deux bornes, est sa force électromotrice ou  voltage.




    1. La puissance (P) et l’énergie (E)




  • La puissance d’un appareil électrique est l’énergie électrique qu’il consomme par unité de temps.




E = P t



  • Formules :




  • Unités du Système International :

P : puissance de l’appareil en watts (W).

E : énergie consommée pendant la durée de fonctionnement de
     l’appareil en joules (J).

t : durée de fonctionnement de l’appareil en secondes (s).


    1. Analogie hydraulique


On peut comparer un courant électrique circulant dans un fil conducteur avec un courant d’eau circulant dans une canalisation horizontale.

Courant d’eau

Courant électrique

Volume d’eau ( V )
L’unité de volume est le m³.


Charge électrique (q)
L’unité de charge électrique est le coulomb (C ).


Débit ( D )
Le débit est le volume d’eau (V) qui traverse une section de la canalisation par unité de temps (t).
D = V/t
L’unité de débit est le

mètre cube par seconde.
m³/s

Intensité ( I )
L'intensité électrique est la quantité de charges électriques (q) qui traverse une section du conducteur par unité de temps (t).
I = q / t
L’unité d’intensité électrique est le

coulomb par seconde ou ampère (A).
1 A = 1 C/s


Différence de pression ( p )

Pour que l’eau s’écoule d’une extrémité à l’autre d’une canalisation horizontale, il faut qu’il y ait entre ces extrémités une différence de pression.

L’eau s’écoule de la pression la plus élevée vers la pression la plus basse.
La pression s’exprime en N/m² ou en Nm/m³ ou en J/m³ (joule par m³ ).
La pression (p) représente une énergie potentielle par unité de volume.


En s’écoulant, l’eau perd de l’énergie potentielle de pression.
L’unité de différence de pression est le joule par mètre cube ou pascal (Pa).
1 Pa = 1 J/m³


Différence de potentiel électrique

(ou tension électrique) (U)
Les charges électriques se déplacent dans un conducteur sous l’action de forces électriques.

Pour qu’elles se déplacent d’une extrémité à l’autre d’un conducteur, il faut qu’il y ait entre ces extrémités une différence de potentiel électrique.

Le potentiel électrique représente une énergie potentielle par unité de charge.
La différence de potentiel électrique représente une différence d’énergie potentielle par unité de charge.
U = E / q
En se déplaçant, les charges électriques perdent de l’énergie potentielle électrique.
L’unité de différence de potentiel est le

joule par coulomb ou volt (V).
1 V = 1 J/C





    1. Et les ampoules ?




  • Les valeurs indiquées sur les appareils électriques sont les grandeurs nominales, c’est-à-dire celles qui correspondent à une utilisation normale prévue par le fabricant.

  • Pour fonctionner correctement la petite ampoule doit être branchée sur une différence de potentiel de 6V elle est alors parcourue par un courant de 0,15 A.

  • Pour fonctionner correctement la grande ampoule doit être branchée sur une différence de potentiel de 240 elle consomme alors l’énergie électrique avec une puissance de 100 W.



  1. Autres caractéristiques d’un courant électrique




    1. Sens du courant électrique


Comme un objet en chute libre dans le champ de pesanteur, une charge électrique se déplace dans un champ électrique de manière à faire diminuer son énergie potentielle.
Une charge positive se déplace dans le sens des potentiels décroissants.
Le sens conventionnel du courant est celui qui correspondrait à un mouvement de charges positives entre le pôle positif et le pôle négatif du générateur.
Conventionnellement, le courant va du pôle positif vers le pôle négatif du générateur ( du + vers le - )




Les électrons qui sont chargés négativement se déplacent donc dans le sens contraire du sens conventionnel.
En électricité, on parle toujours du sens conventionnel du courant électrique.


    1. L

      e courant continu



  • Dans un conducteur parcouru par un courant continu, les charges électriques se déplacent à vitesse constante dans un sens bien déterminé, l'intensité du courant est constante.




  • Générateurs de courant continu: pile, batterie, panneau photovoltaïque…





Un satellite et ses panneaux photovoltaïques



Batterie de voiture





    1. L

      e courant alternatif





  • Dans un conducteur parcouru par un courant alternatif, les charges électriques ont un mouvement d'oscillation (de va-et-vient) sur place.




Alternateur de voiture



  • Générateurs de courant alternatif : dynamo, alternateur…





  • La fréquence du courant alternatif est le nombre d'oscillations par seconde.

L'unité de fréquence est l’hertz (Hz).

La fréquence du courant fourni par nos centrales électriques est de 50 Hz.


  • En courant alternatif, les intensités et tensions étant variables, elles sont définies par leur valeur moyenne (moyennes quadratiques).

On les appelle intensité et tension efficace.

    1. Vitesse du courant électrique


L'allumage d'une ampoule ou la mise en route d'un appareil se fait instantanément, lorsqu’on actionne l'interrupteur.
Les électrons se mettent tous en mouvement pratiquement au même instant car le champ électrique se propage dans le conducteur à une vitesse extrêmement grande.
Par contre, la vitesse du mouvement des électrons qui constitue le courant électrique est extrêmement faible.

Dans un fil de cuivre de 1 mm² de section parcouru par un courant de 1 A, les électrons se déplacent à la vitesse 0,06 mm/s. (Plus de 4 heures pour parcourir 1 mètre)


  1. Le circuit électrique




    1. Circuit élémentaire


Il comporte:

  • un générateur (deux bornes): il  fournit  le courant électrique.

  • un récepteur (deux bornes): il  utilise  le courant électrique pour produire un autre forme d’énergie.

  • des fils conducteurs reliant les bornes du récepteur avec celles du générateur.

  • un interrupteur (facultatif).

circuit électrique

d’une lampe de poche






  • Un circuit est fermé lorsque les deux bornes du générateur sont reliées par une suite ininterrompue de conducteurs (fils + récepteurs).
    Il est ouvert dans le cas contraire.

Pour qu'un circuit électrique soit parcouru par un courant, il doit être fermé.

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