La courant électrique Qu’est-ce qu’un courant électrique ? Qu’est ce que l’intensité d’un 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 ? Diapositive suivante : Clic

La nature du courant électrique Point de vue microscopique : 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. Diapositive suivante : Clic

La nature du courant électrique Que se passe-t-il maintenant dans ce fil de connexion après avoir fermé l’interrupteur ? Point de vue microscopique : 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. Diapositive suivante : Clic

La nature du courant électrique 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. Diapositive suivante : Clic

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 Diapositive suivante : Clic

L’intensité du courant électrique On considère le circuit suivant : L’expérience montre que l’intensité du courant électrique est la même en tout point de ce circuit. A I=230 mA A I=230 mA Le sens conventionnel du courant électrique est donné par la flèche Diapositive suivante : Clic

L’intensité du courant électrique Quelle interprétation microscopique donne-t-on de l’intensité d’un courant électrique ? S Le cylindre figure une partie du conducteur, S est une section de ce conducteur. S 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. Diapositive suivante : Clic

L’intensité du courant électrique Le point de vue microscopique 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. Diapositive suivante : Clic

L’intensité du courant électrique Du microscopique au macroscopique 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 On appelle q(t) la quantité d’ électricité qui a traversé S entre la date t et la date t=0. q(t) est égal au nombre d’électrons qui a traversé S pendant cette durée t multipliée par la charge électrique élémentaire e. Diapositive suivante : Clic

L’intensité du courant électrique I=230 mA La charge électrique q qui traverse S est proportionnelle à la durée t S temps (s) q (C) 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). Diapositive suivante : Clic

L’intensité du courant électrique Remarque : temps (s) q (C) Dq Dt Si pendant la durée Dt, la charge qui a traversé la section du conducteur est Dq, alors on peut écrire I= Dq/Dt Diapositive suivante : Clic

L’intensité d’un courant électrique 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 : S 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. Diapositive suivante : Clic

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 : Comment définir l’intensité i ? On définit l’intensité instantanée i(t) par le coefficient directeur de la tangente à la courbe q(t) à la date t : Diapositive suivante : Clic

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) Diapositive suivante : Clic

L’intensité d’un courant électrique p(t=0s) Le coefficient directeur passe d’une valeur maximale à une valeur nulle, ce qui correspond à l’évolution de l’intensité du courant électrique p(t=20s) En posant i(t) = p(t) , on a : i(t) = dq/dt Ainsi i est égal à la dérivée de q par rapport au temps. t en s 30 i(t) en A 10 20 p(t=0s) p(t=5s) p(t=10s) p(t=20s) Diapositive suivante : Clic

L’intensité d’un courant électrique On peut donc déterminer l’évolution de i dans ce cas :