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Électricité et magnétisme

Courant électrique

L’intensité du courant mesure la charge traversant une section par seconde ; dans le circuit extérieur, le courant conventionnel va de la borne positive à la borne négative.

Dans un métal soumis à un champ électrique, les électrons libres acquièrent une vitesse de dérive moyenne. Le sens conventionnel du courant est celui du déplacement des charges positives ; il est donc opposé à la dérive moyenne des électrons. Dans un circuit fermé, le générateur entretient le courant.

I=ΔQΔt(steady current: I=Qt),1 A=1 C/sI=\frac{\Delta Q}{\Delta t}\quad(\text{steady current: } I=\frac{Q}{t}),\qquad 1\,\mathrm A=1\,\mathrm{C/s}

Définition: Intensité du courant

II est l’intensité, mesurée en ampères (A) ; ΔQ\Delta Q est la charge traversant une section pendant Δt\Delta t. Plus le courant est élevé, plus de charges passent dans le même temps. Dans un métal, les porteurs sont les électrons ; dans un électrolyte, les ions positifs et négatifs participent tous deux.

Comparez le courant conventionnel à la dérive des électrons ; modifiez le courant, la section, la densité de porteurs et la durée pour étudier les relations quantitatives.

Courant et vitesse de dérive

Dans un modèle simple d’un fil métallique, I=n∣q∣AvdI=n|q|Av_d, où nn est la densité de porteurs, AA la section et vdv_d leur vitesse moyenne de dérive. Un courant important est donc possible malgré une dérive lente ; dans un fil de cuivre ordinaire, elle est bien plus faible que la vitesse de propagation du signal électrique.

Exemple: Charge traversant un fil

Un courant constant de 0.400.40 A circule pendant 3.03.0 minutes. Calculez la charge traversant une section du fil.

Solution

On convertit t=180t=180 s. Q=It=0.40×180=72Q=It=0.40\times180=72 C.

Le courant possède un sens conventionnel, mais dans les équations élémentaires de circuit, II désigne généralement sa valeur. Pour un courant variable, ΔQ/Δt\Delta Q/\Delta t sur un intervalle fini est une moyenne ; le courant instantané est le débit de charge à cet instant. Si la section du fil augmente à densité de porteurs et vitesse de dérive constantes, davantage de porteurs passent chaque seconde : I=n∣q∣AvdI=n|q|Av_d croît proportionnellement à la section.

Vérification rapide

Si 6 C traversent une section de fil en 2 s, l’intensité vaut :

Dans un fil métallique, quel est le sens moyen de dérive des électrons par rapport au courant conventionnel ?

Références

  1. Young, Freedman (2019). University Physics