Courant électrique: définition, unité, formule, types (avec exemples)

Charge électrique: Quelle réaction automatique cette phrase produit-elle lorsque vous la lisez? Un picotement, peut-être, ou l'image d'un éclair fendant le ciel? L'affichage coloré des lumières clignotantes dans une ville comme Paris ou Las Vegas? Peut-être même un insecte qui brille d'une manière ou d'une autre dans le noir alors qu'il se fraie un chemin à travers votre camping ?

Jusqu'à ces derniers siècles, non seulement les scientifiques n'avaient aucun moyen de mesurer la vitesse de la lumière, mais ils n'avaient aucune idée des phénomènes physiques sous-jacents à ce que l'on appelle maintenant « l'électricité ». Dans les années 1800, les physiciens ont d'abord compris les minuscules particules impliquées dans le flux de courant (électrons libres) ainsi que la nature des forces qui les obligent à se déplacer. Il était clair que l'électricité pouvait faire un bien considérable si elle pouvait être « fabriquée » ou « captée » en toute sécurité et si l'énergie électrique était utilisée pour effectuer le travail.

Le flux de charge électrique se produit facilement dans les substances classées commematériaux conducteurs, alors qu'il est entravé dans ceux ditsisolants. Dans un fil métallique tel qu'un fil de cuivre par exemple, il est possible de créer undifférence de potentielaux extrémités du fil, provoquant un flux de charge et créant un courant.

​Courant électriqueest le débit moyen de la charge électrique (c'est-à-dire la charge par unité de temps) au-delà d'un point dans l'espace. Cette charge est portée parélectronsse déplaçant à travers un fil dans un circuit électrique. Plus le nombre d'électrons passant ce point par seconde est élevé, plus l'intensité du courant est élevée.

L'unité SI du courant est l'ampère (A), souvent appelé de manière informelle « ampères ». La charge électrique elle-même est mesurée en coulombs (C).

• La charge sur un seul électron est de -1,60 × 10^-19 C, tandis que sur unprotonest de grandeur égale maispositifen signe. Ce nombre est considéré comme lecharge fondamentale​ ​e. L'unité de base de l'ampère est donc le coulomb par seconde (C/s).

Par convention,le courant électrique circule dans le sens inverse du flux d'électrons. En effet, la direction du courant a été décrite avant que les scientifiques ne sachent quels porteurs de charge étaient ceux qui se déplaçaient sous l'influence d'un champ électrique. À toutes fins utiles, les charges positives se déplaçant dans le sens positif offrent le même résultat (informatique) sous forme de charges négatives se déplaçant dans le sens négatif en ce qui concerne l'électricité actuel.

Les électrons se déplacent vers une borne positive dans un circuit électrique. Le flux d'électrons, ou charge mobile, est donc éloigné de la borne négative. Le mouvement des électrons dans un fil de cuivre ou un autre matériau conducteur génère également unchamp magnétiquequi a une direction et une amplitude déterminées par la direction du courant électrique et donc le mouvement des électrons; c'est le principe sur lequel unélectro-aimantest construit.

Pour le scénario de courant conventionnel de base d'une charge se déplaçant dans un fil, la formule du courant est donnée par :

oùmest le nombre de charges par mètre cube (m³), ​eest la charge fondamentale,UNEest la section transversale du fil, et​v_ré​est levitesse de dérive​.

Bien que le courant ait à la fois une amplitude et une direction, il s'agit d'une quantité scalaire et non d'une quantité vectorielle, car elle n'obéit pas aux lois de l'addition vectorielle.

​La loi d'Ohmdonne une formule pour déterminer le courant qui va traverser un conducteur :

oùVest leTension, ou alorsdifférence de potentiel électrique, mesuré en volts, etRest l'électriquela résistanceau flux de courant, mesuré enohms​ (Ω).

Considérez la tension comme une "force de traction" (bien que cette "force électromotrice" ne soit pas littéralement une force) spécifique aux charges électriques. Lorsque des charges opposées sont séparées, elles sont attirées les unes vers les autres d'une manière qui diminue avec l'augmentation de la distance entre elles. Elle est vaguement analogue à l'énergie potentielle gravitationnelle en mécanique classique; la gravité « veut » que des choses élevées tombent sur Terre, et la tension « veut » que des charges séparées (opposées) s'écrasent ensemble.

Les volts sont équivalents aux joules par coulomb, ou J/C. Ils ont donc des unités d'énergie par unité de charge. La tension actuelle donne donc des unités de (C/s)(J/C) = (J/s), qui se traduisent en unités de puissance (dans ce cas électrique) :

La combinaison de cela avec la loi d'Ohm donne lieu à d'autres relations mathématiques utiles impliquant le flux de courant: P = I²R et P = V²/R. Ceux-ci montrent, entre autres, qu'à un niveau de courant fixe, la puissance est proportionnelle à la résistance, alors que si la tension est fixe, la puissance estinversementproportionnel à la résistance.

Alors que des charges mobiles (courant) induisent un champ magnétique, un champ magnétique peut lui-même induire une tension dans un fil.

• ​Courant continu (CC) :Cela se produit lorsque tous les électrons circulent en continu dans la même direction. C'est le type de courant dans un circuit connecté à une batterie standard. Les batteries, bien sûr, ne peuvent fournir et ne fournissent qu'une infime quantité de l'énergie nécessaire pour alimenter l'homme. civilisation, bien que la technologie en constante amélioration dans le domaine des cellules solaires offre la promesse d'un meilleur potentiel pour stockage d'Energie.
• ​Courant alternatif (AC) :Ici, les électrons oscillent d'avant en arrière ("wiggle", dans un sens) très rapidement. Ce type de courant est souvent plus facile à générer dans une centrale électrique, et il entraîne également moins de pertes d'énergie sur une grande distance, c'est pourquoi c'est la norme utilisée aujourd'hui. Chaque ampoule et autre appareil électrique d'une maison standard du début du 21e siècle est alimentée en courant alternatif.

Avec AC, la tension est variée de manière sinusoïdale, et est donnée à tout momenttpar l'expression V = V₀sin (2πft), oùV₀est la tension initiale etFest la fréquence ou le nombre de cycles complets de tension (du maximum au minimum jusqu'à la valeur maximum) dans chaque seconde.

Un ampèremètre est un appareil qui sert à mesurer le courant en le connectant en série – et jamais en parallèle – dans un circuit électrique. (Un circuit parallèle a plusieurs fils entre les jonctions - en d'autres termes, au niveau de la source d'alimentation, des condensateurs et des résistances – dans le circuit.) Il fonctionne sur le principe que le courant est le même dans toutes les parties d'un fil entre deux jonctions.

Un ampèremètre a une faible résistance intrinsèque connue et est configuré pour donner unedéviation à pleine échelle(FSD) à un niveau de courant donné, souvent 0,015 A ou 15 mA. Si vous connaissez la tension et manipulez la résistance à l'aide de la fonction de résistance shunt de l'ampèremètre, vous pouvez déterminer le courant; vous savez quelle est la valeur du flux actueldevraitutiliser la loi d'Ohm.

1. Calculer la vitesse de dérive des électrons dans un fil de cuivre cylindrique d'un rayon de 1 mm, soit 0,001 m) transportant un courant de 15 A, sachant que pour le cuivre, n = 8,342 × 10²⁸ e/m³.

La zoneUNEde la section du fil est πr², ou (0.001)² = 3.14 10^-6 m².

• Le signe négatif indique que la direction est opposée à celle du flux de courant, comme prévu pour les électrons.

2. Trouvez le courant I dans un circuit de 120 V qui a des résistances de 2, 4 et 6 en série.

Les résistances en série sont simplement additives (dans les circuits parallèles, la somme de la résistance totale est la somme des inverses des valeurs de résistance individuelles). Ainsi:

3. Un circuit a une résistance totale de 15 Ω et un courant de 20 A. Quelle est la puissance et la tension dans ce circuit?