Le courant électrique continu
Cours · physique-chimie (Tronc Commun Sciences, Maroc), chapitre 18 · Maroc, Tronc Commun Sciences · le début du chapitre, la suite sur Adloun
Lorsqu'on relie une pile à une lampe par des fils conducteurs, la lampe s'éclaire : quelque chose circule dans le circuit. Ce « quelque chose » est le courant électrique, un déplacement de particules chargées. Ce chapitre décrit la nature de ce courant, définit son intensité et sa mesure, introduit la quantité d'électricité , puis établit la loi des nœuds qui régit les circuits.
18.1 Nature du courant électrique
Le courant électrique est un déplacement d'ensemble de porteurs de charge à travers un matériau conducteur. Il n'apparaît que dans un circuit fermé alimenté par un générateur.
Propriété : Les porteurs de charge
La nature des porteurs dépend du milieu conducteur :
- dans les métaux (cuivre, fer, ...), ce sont des électrons libres, de charge négative ;
- dans les solutions électrolytiques (eau salée, acides, ...), ce sont des ions, positifs (cations) et négatifs (anions).
Méthode : Protocole expérimental
On insère une lampe dans un circuit comportant une pile et un interrupteur. Interrupteur ouvert, la lampe reste éteinte ; interrupteur fermé, elle brille. Le courant ne circule que lorsque le circuit forme une boucle fermée.
Hors d'un générateur, les porteurs de charge se déplacent en désordre. Le générateur impose un déplacement d'ensemble ordonné : c'est lui qui crée et entretient le courant dans le circuit.
18.2 Sens conventionnel du courant
Par convention, le sens du courant à l'extérieur du générateur est dirigé de la borne positive vers la borne négative .
Dans un métal, les électrons se déplacent en sens inverse du sens conventionnel du courant (puisqu'ils portent une charge négative). Cette convention a été fixée avant la découverte de l'électron.
18.3 L'intensité du courant électrique
L'intensité du courant, notée , mesure le débit de charges : c'est la quantité d'électricité qui traverse une section du conducteur par unité de temps.
Propriété : Unité
L'intensité s'exprime en ampères (), unité fondamentale du Système international. On emploie aussi ses sous-multiples :
Méthode : Mesurer une intensité
On mesure l'intensité avec un ampèremètre, branché en série dans la branche du circuit où l'on veut connaître le courant :
- le courant doit entrer par la borne (ou ) et sortir par la borne ;
- on commence par le plus grand calibre, puis on l'adapte à la mesure.
L'ampèremètre est conçu pour ne pas perturber le circuit : il se comporte presque comme un simple fil. C'est pourquoi on ne doit jamais le brancher en dérivation aux bornes d'un dipôle.
18.4 Le courant continu
Un courant est dit continu lorsque son intensité garde une valeur constante au cours du temps. Il est noté et circule toujours dans le même sens.
Les piles et les batteries délivrent un courant continu. Une pile marquée qui débite un courant d'intensité constante alimente le circuit en courant continu.
18.5 La quantité d'électricité
Pour un courant continu d'intensité circulant pendant une durée , la quantité d'électricité qui traverse une section du conducteur vaut :
- est la quantité d'électricité en coulombs () ;
- est l'intensité en ampères () ;
- est la durée en secondes ().
Propriété : Lien avec l'intensité
On en déduit que l'intensité est la quantité d'électricité écoulée par seconde :
Un ampère correspond ainsi au passage d'un coulomb par seconde : .
Un courant d'intensité circule pendant . La quantité d'électricité débitée est :
18.6 La loi des nœuds
Un nœud est un point du circuit où se rejoignent au moins trois fils conducteurs. Entre deux nœuds, une portion de circuit s'appelle une branche.
La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent :
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