courant électrique

Déplacement de charges électriques dans un conducteur.

ÉLECTRICITÉ

Intensité d'un courant électrique

Dans un conducteur, où existent des charges électriques, le produit de la densité volumique des charges par leur vecteur vitesse moyenne est le vecteur densité de courant. Le courant i traversant une surface donnée est défini comme le flux de la densité de courant à travers cette surface, ou comme le quotient de la charge d q qui traverse la surface pendant un temps d t :

 

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Dans la formule, l'intensité du courant i se mesure en ampères (A) ; la charge d q se mesure en coulombs (C) ; le temps dt se mesure en secondes (s).

Propriétés d’un courant électrique

Lorsqu'un conducteur est traversé par un courant électrique, on peut observer les trois phénomènes suivants :
1° effet calorifique : le conducteur est le siège d'un dégagement de chaleur (effet Joule) ;
2° effet électromagnétique : il y a création d'un champ magnétique dans l'espace environnant ;
3° effet électrochimique : si on coupe le conducteur et si on plonge les extrémités dans une solution saline, il se produit une décomposition chimique de la solution (un courant peut déplacer les ions d'un électrolyte).

Le sens du courant électrique

Pour définir le sens du courant électrique, André Marie Ampère a choisi arbitrairement celui du déplacement des charges positives : c'est ce qu'on appelle aujourd'hui le « sens conventionnel » du courant. Les électrons se déplacent donc dans le sens inverse du sens conventionnel. Dans un circuit, le courant (sens conventionnel) sort de la pile par la borne positive et se dirige vers sa borne négative.

La relation entre le courant et la tension

La différence de potentiel (ddp) entre les deux bornes d'une pile (ou entre les deux soudures d'un couple thermoélectrique) est la cause de la circulation de l'électricité dans un conducteur. En général, lorsque la ddp augmente, l'intensité du courant augmente aussi. Pour les conducteurs métalliques, le physicien allemand Georg Simon Ohm montra en 1827 que l'intensité du courant et la ddp sont proportionnelles : avec une pile fournissant une ddp deux fois plus grande, le courant est deux fois plus intense. De même, dans un tuyau, le débit d'eau est deux fois plus élevé si la différence de hauteur entre les deux extrémités du tuyau double.

Pour une même pile, et donc une même ddp, le courant dépend aussi du conducteur qui relie les deux pôles de la pile. On appelle résistance la grandeur caractéristique d'un conducteur, telle que : U = RI, où R se mesure en ohms (Ω), U en volts (V) et I en ampères (A). Ainsi, lorsque l'intensité est faible, on dit que le conducteur est très résistant ; lorsqu'elle est forte, on dit qu'il est peu résistant. La résistance d'un conducteur dépend de sa nature (cuivre, argent…), de sa longueur et de sa section. Un fil court offre une résistance plus faible qu'un fil long, un fil fin présente un passage plus difficile aux charges, et donc une résistance plus importante, qu'un fil large. La résistance varie aussi avec la température.

La loi d'Ohm n'est pas valable pour tous les conducteurs. Ainsi, l'étincelle qui se produit entre deux points d'un circuit séparés par un espace d'air et forme un « arc » extrêmement lumineux entre deux charbons ne vérifie pas la loi d'Ohm.

Voir plus
  • 1820 F. Arago découvre l'aimantation du fer placé au voisinage d'un courant électrique.
  • 1820 Le Danois H. C. Œrsted découvre les effets magnétiques du courant électrique ; A. M. Ampère établit la théorie du phénomène.
  • 1820 J.-B. Biot et F. Savart déterminent la valeur du champ magnétique engendré par un courant rectiligne et énoncent la loi du phénomène.
  • 1821 A. M. Ampère émet l'hypothèse que les molécules des corps sont l'objet de courants de particules que l'aimantation peut diriger, se montrant ainsi un précurseur de la théorie électronique de la matière.
  • 1827 A. M. Ampère publie son mémoire Sur la théorie mathématique des phénomènes électrodynamiques uniquement déduite de l'expérience, qui crée la théorie de l'électrodynamique et le vocabulaire de l'électricité (notamment les mots « courant » et « tension »).
  • 1827 L'Allemand G. S. Ohm établit la loi fondamentale du courant électrique (relation qui lie la tension entre deux points d'un circuit et le courant qui y passe), et définit la résistance.
  • 1828 Le Britannique P. Barlow invente un dispositif qui montre l'action d'un champ magnétique sur un courant électrique (roue de Barlow).
  • 1833 Le Russe H. F. E. Lenz établit la loi donnant le sens des courants induits (loi de Lenz).
  • 1834 Le Français J. Ch. Athanase Peltier découvre l'effet thermoélectrique selon lequel le courant, à travers la jonction de deux matériaux, provoque, dans cette jonction, le dégagement ou l'absorption d'une quantité de chaleur qui, par unité de temps, est proportionnelle au courant (effet Peltier).
  • 1841 Le Britannique J. Pr. Joule découvre l'échauffement qui se produit lors du passage d'un courant électrique dans un conducteur (effet Joule).
  • 1859 Découverte de la cataphorèse (migration de particules colloïdales en direction de la cathode sous l'action d'un courant électrique) par l'Allemand G. H. Quincke.
  • 1869 Invention, par le Belge Z. Gramme, du collecteur, qui permet la réalisation de machines électriques à courant continu.
  • 1885 Découverte des courants électriques polyphasés par N. Tesla.
  • 1938 Invention du magnétron (tube à vide générateur ou amplificateur de courants de très haute fréquence, utilisé notamment dans les radars et les relais hertziens) par le Français M. Ponte.
  • 1962 Le Britannique B. D. Josephson découvre que le courant électrique peut franchir une mince barrière isolante placée entre deux métaux supraconducteurs (effet Josephson).