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• Qu’est-ce qu’un courant électrique ?
• Qu’est ce que l’intensité d’un courant électrique ?
La 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 ?
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La nature du courant électrique
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.
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Point de vue microscopique :
La nature du courant électrique
Que se passe-t-il maintenant dans ce fil de connexion après avoir fermé l’interrupteur ?
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.
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Point de vue microscopique :
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.
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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
La nature du courant électrique
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L’expérience montre que l’intensité du courant électrique est la même en tout point de ce circuit.
Le sens conventionnel du courant électrique est donné par la flèche
AI=230 mA
A I=230 mA
On considère le circuit suivant :
L’intensité du courant électrique
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Quelle interprétation microscopique donne-t-on de l’intensité d’un courant électrique ?
L’intensité du courant électrique
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.
S
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Le point de vue microscopique
L’intensité du courant électrique
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.
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Du microscopique au macroscopique
L’intensité du courant électrique
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
q(t) est égal au nombre d’électrons qui a traversé S pendant cette durée t multipliée par la charge électrique élémentaire e.
On appelle q(t) la quantité d’ électricité qui a traversé S entre la date t et la date t=0.
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L’intensité du courant électrique
S
AI=230 mA La charge électrique q qui traverse S est
proportionnelle à la durée t
temps (s)
q (C)
0
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).
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L’intensité du courant électrique
t
q
temps (s)
q (C)
0
Si pendant la durée t, la charge qui a traversé la section du conducteur est q, alors on peut écrire I= q/t
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Remarque :
L’intensité d’un courant électrique
S
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 :
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.
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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 :
On définit l’intensité instantanée i(t) par le coefficient directeur de la tangente à la courbe q(t) à la date t :
Comment définir l’intensité i ?
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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)
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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/dtAinsi i est égal à la dérivée de q par rapport au temps.
p(t=0s)
p(t=5s)p(t=10
s)p(t=20s)
t en s
30
i(t) en A
0 10 20
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L’intensité d’un courant électrique
On peut donc déterminer l’évolution de i dans ce cas :
