Courant électrique : Qu'est-ce que c'est?

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Champ: Électricité de base

China

Qu'est-ce que le courant électrique?

Le courant électrique est défini comme un flux de particules chargées, telles que des électrons ou des ions, se déplaçant à travers un conducteur électrique ou un espace. Il s'agit du débit de charge électrique à travers un milieu conducteur en fonction du temps. Le courant électrique est exprimé mathématiquement (par exemple, dans les formules) à l'aide du symbole "I" ou "i". L'unité de mesure du courant est l'ampère, représenté par A.

Mathématiquement, le débit de charge en fonction du temps peut être exprimé comme suit,

$\begin{align*} I = \frac {dQ} {dt} \end{align*}$

En d'autres termes, un flux de particules chargées se déplaçant à travers un conducteur électrique ou un espace est connu sous le nom de courant électrique. Les particules chargées en mouvement sont appelées porteurs de charge, qui peuvent être des électrons, des trous, des ions, etc.

Le flux de courant dépend du milieu conducteur. Par exemple :

Dans le conducteur, le flux de courant est dû aux électrons.
Dans les semi-conducteurs, le flux de courant est dû aux électrons ou aux trous.
Dans un électrolyte, le flux de courant est dû aux ions et
Dans un plasma, un gaz ionisé, le flux de courant est dû aux ions et aux électrons.

Lorsqu'une différence de potentiel électrique est appliquée entre deux points dans un milieu conducteur, un courant électrique commence à circuler du point de potentiel plus élevé vers le point de potentiel plus faible. Plus la tension ou différence de potentiel est élevée, plus le courant circule entre deux points.

Si deux points d'un circuit sont au même potentiel, alors le courant ne peut pas circuler. La magnitude du courant dépend de la tension ou de la différence de potentiel entre deux points. Ainsi, on peut dire que le courant est l'effet de la tension.

Le courant électrique peut produire des champs électromagnétiques, qui sont utilisés dans les inducteurs, les transformateurs, les générateurs et les moteurs. Dans les conducteurs électriques, le courant provoque un chauffage résistif ou chauffage joule qui produit de la lumière dans une lampe à incandescence.

Un courant électrique variable dans le temps produit des ondes électromagnétiques, qui sont utilisées dans les télécommunications pour diffuser des données.

Courant alternatif vs courant continu

En fonction du flux de charge, le courant électrique est classé en deux types, à savoir le courant alternatif (CA) et le courant continu (CC).

Courant alternatif

Le flux de charge électrique dans une direction périodiquement inversée est connu sous le nom de courant alternatif (CA). Le CA est également désigné par "Courant alternatif". Bien que cela dise techniquement la même chose deux fois "Courant alternatif Courant alternatif".

Un courant alternatif change de direction à intervalles réguliers.

Le courant alternatif commence à zéro, monte à un maximum, diminue à zéro, puis s'inverse et atteint un maximum dans la direction opposée, puis retourne à la valeur initiale et répète ce cycle indéfiniment.

La forme d'onde du courant alternatif peut être sinusoïdale, triangulaire, carrée, en dents de scie, etc.

La particularité de la forme d'onde n'a pas d'importance—pourvu qu'elle soit une forme d'onde répétitive.

Cela étant dit, dans la plupart des circuits électriques, la forme d'onde typique du courant alternatif est une onde sinusoïdale. Une forme d'onde sinusoïdale typique que vous pourriez voir comme un courant alternatif est montrée dans l'image ci-dessous.

Un alternateur peut générer un courant alternatif. L'alternateur est un type spécial de générateur électrique conçu pour produire un courant alternatif.

Le courant électrique alternatif est largement utilisé dans les applications industrielles et résidentielles.

Courant continu

Le flux de charge électrique dans une seule direction est connu sous le nom de courant continu (CC). Le CC est également désigné par "courant continu". Bien que cela soit techniquement répétitif "Courant Continu Courant".

Comme le CC ne circule que dans une direction, il est également appelé courant unidirectionnel. La forme d'onde d'un courant continu est montrée dans l'image ci-dessous.

Le CC peut être généré par des batteries, des cellules solaires, des piles à combustible, des thermocouples, des générateurs électriques à commutateur, etc. Un courant alternatif peut être converti en courant continu en utilisant un redresseur.

L'électricité continue est généralement utilisée dans les applications à basse tension. La plupart des circuits électroniques nécessitent une alimentation en courant continu.

Quelle est l'unité de mesure du courant électrique (unités de courant) ?

L'unité SI pour le courant est l'ampère ou amp. Cela est représenté par A. L'ampère, ou amp, est l'unité de base SI du courant électrique. L'unité ampère est nommée en l'honneur du grand physicien André-Marie Ampère.

Dans le système SI, 1 ampère est le flux de charge électrique entre deux points à un taux d'un coulomb par seconde. Ainsi,

$\begin{align*} 1 \,\, Ampere = \frac {1\,\,Coulomb} {1\,\,Second} = \frac {C} {S} \end{align*}$

Ainsi, le courant est également mesuré en coulombs par seconde ou C/S.

Formule du courant électrique

Les formules de base pour le courant sont :

La relation entre le courant, la tension et la résistance (Loi d'Ohm)
La relation entre le courant, la puissance et la tension
La relation entre le courant, la puissance et la résistance

Ces relations sont résumées dans l'image ci-dessous.

Formule du courant 1 (Loi d'Ohm)

Selon la loi d'Ohm,

$\begin{align*} V = I*R \end{align*}$

Ainsi,

$\begin{align*} I = \frac{V}{R}\,\,A \end{align*}$

Exemple

Comme le montre le circuit ci-dessous, une tension d'alimentation de $24\,\,V$ est appliquée à travers la résistance de $12\,\,\Omega$ . Déterminez l'intensité du courant qui circule dans le résistor.

Solution:

Données fournies : $V=24\,\,V ,\,\, R=12\,\,\Omega$

Selon la loi d'Ohm,

$\begin{align*} & I = \frac{V}{R} \\ & = \frac{24}{12} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Ainsi, en utilisant l'équation, nous obtenons que le courant qui traverse la résistance est $2\,\,A$ .

Formule du Courant 2 (Puissance et Tension)

La puissance transférée est le produit de la tension d'alimentation et du courant électrique.

$\begin{align*} P = V*I \end{align*}$

Ainsi, nous obtenons que le courant est égal à la puissance divisée par la tension. Mathématiquement,

$\begin{align*} I = \frac{P}{V}\,\,A \end{align*}$

Où $A$ représente les ampères ou amps (les unités du courant électrique).

Exemple

Comme le montre le circuit ci-dessous, une tension d'alimentation de $24\,\,V$ est appliquée à une lampe de $48\,\,W$ . Déterminez le courant pris par la lampe de $48\,\,W$ .Solution:

Données fournies : $V=24\,\,V ,\,\, P=48\,\,W$

Selon la formule,

$\begin{align*} & I = \frac{P}{V} \\ & = \frac{48}{24} \\ & I = 2\,\,A \end{align*}$

Ainsi, en utilisant l'équation ci-dessus, nous obtenons que le courant pris par la lampe de $48\,\,W$ est égal à $2\,\,A$ .

Formule du Courant 3 (Puissance et Résistance, Perte Ohmique, Chauffage Résistif)

Nous savons que, $P = V * I$

En substituant la loi d'Ohm $V = I * R$ dans l'équation ci-dessus, nous obtenons,

$\begin{align*} P = I^2*R \end{align*}$

Ainsi, le courant est la racine carrée du rapport de la puissance et de la résistance. Mathématiquement, la formule pour ceci est égale à :

$\begin{align*} I = \sqrt{\frac{P}{R}}\,\,A \end{align*}$

Exemple

Comme indiqué dans le circuit ci-dessous, déterminez le courant pris par $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ lampe

Solution :

Données fournies : $P=100\,\,W ,\,\, R=20\,\,\Omega$

Selon la relation entre le courant, la puissance et la résistance montrée ci-dessus :

$\begin{align*} & I = \sqrt{\frac{P}{R}} \\ & = \sqrt{\frac{100}{20}} \\ & = \sqrt{5} \\ & I = 2.24\,\,A \end{align*}$

Ainsi, en utilisant l'équation, nous obtenons que le courant pris par une lampe de $100\,\,W$ , $20\,\,\Omega$ est de $2.24\,\,A$ .

Dimensions du courant

Les dimensions du courant en termes de masse (M), longueur (L), temps (T) et ampère (A) sont données par $M^0L^0T^-^1Q$ .

Le courant (I) est une représentation du coulomb par seconde. Ainsi,

$\begin{align*} I = \frac{Q}{t} = \frac{[Q]}{[T]} = QT^-^1 = M^0L^0T^-^1Q \end{align*}$

Courant conventionnel vs flux d'électrons

Il existe une légère confusion concernant le courant conventionnel et le flux d'électrons. Essayons de comprendre la différence entre les deux.

Les particules qui transportent la charge électrique à travers les conducteurs sont des électrons mobiles ou libres. La direction d'un champ électrique dans un circuit est, par définition, la loi selon laquelle les charges positives de test sont repoussées. Ainsi, ces particules de charge négative, c'est-à-dire les électrons, se déplacent dans la direction opposée au champ électrique.

Selon la théorie des électrons, lorsque une tension ou une différence de potentiel est appliquée à travers le conducteur, des particules chargées se déplacent à travers le circuit, ce qui constitue un courant électrique.

Ces particules chargées se déplacent du potentiel plus élevé au potentiel plus faible, c'est-à-dire du terminal positif à la batterie vers le terminal négatif à travers un circuit externe.

Mais, dans un conducteur métallique, les particules chargées positivement sont maintenues en position fixe, et les particules chargées négativement, c'est-à-dire les électrons, sont libres de se déplacer. Dans les semi-conducteurs, le flux de particules chargées peut être positif ou négatif.

Un flux de porteurs de charge positive et de porteurs de charge négative dans des directions opposées a le même effet dans le circuit électrique. Puisque le courant est dû soit aux charges positives, soit aux charges négatives, ou aux deux, une convention est nécessaire pour la direction du courant qui est indépendante des types de porteurs de charge.

La direction du courant conventionnel est considérée comme étant la direction dans laquelle les porteurs de charge positive se déplacent, c'est-à-dire du potentiel plus élevé au potentiel plus faible. Par conséquent, les porteurs de charge négative, c'est-à-dire les électrons, se déplacent dans la direction opposée au courant conventionnel, c'est-à-dire du potentiel plus faible au potentiel plus élevé. Ainsi, le courant conventionnel et le flux d'électrons vont dans des directions opposées, comme le montre l'image ci-dessous.

direction of coventional current and electron flow — Direction du courant conventionnel et du flux d'électrons

Courant conventionnel : Le flux de porteurs de charge positive d'un pôle positif à un pôle négatif de la batterie est connu sous le nom de courant conventionnel.
Flux d'électrons : Le flux d'électrons est appelé courant d'électrons. Le flux de porteurs de charge négative – c'est-à-dire les électrons – d'un pôle négatif à un pôle positif de la batterie est connu sous le nom de flux d'électrons. Le flux d'électrons est l'opposé du flux de courant conventionnel.

La direction du courant conventionnel et du flux d'électrons est montrée dans l'image ci-dessous.

Courant conventionnel et flux d'électrons

Courant de convection vs flux de conduction

Courant de convection

Un courant de convection fait référence au flux de courant à travers un milieu isolant tel qu'un liquide, un gaz ou un vide.

Le courant de convection ne nécessite pas de conducteurs pour s'écouler ; par conséquent, il ne satisfait pas la loi d'Ohm. Un exemple de courant de convection est une tube à vide dans lequel les électrons émis par la cathode s'écoulent vers l'anode dans un vide.

Courant de conduction

Le courant qui s'écoule à travers tout conducteur est connu sous le nom de courant de conduction. Le courant de conduction nécessite un conducteur pour s'écouler ; par conséquent, il satisfait la loi d'Ohm.

Courant de déplacement

Considérons qu'un résistor et un condensateur sont connectés en parallèle avec une source de tension V comme indiqué dans la figure ci-dessous. La nature du flux de courant à travers le condensateur est différente de celle à travers le résistor.

La tension ou différence de potentiel à travers le résistor produit un flux de courant continu qui est donné par l'équation,

$\begin{align*} I_1 = \frac{V}{R} \end{align*}$

Ce courant est appelé un “courant de conduction.”

Le courant ne circule à travers le condensateur que lorsque la tension à ses bornes change, ce qui est donné par l'équation suivante,

$\begin{align*} I_2 = \frac{dQ}{dt} = C \frac{dV}{dt} \end{align*}$

Ce courant est appelé un “courant de déplacement.”

Physiquement, le courant de déplacement n'est pas un courant car il n'y a pas de flux d'une quantité physique comme un flux de charges.

Comment Mesurer le Courant

Dans un circuit électrique ou électronique, la mesure du courant est un paramètre essentiel qui doit être mesuré.

Un instrument capable de mesurer le courant électrique est appelé un ampèremètre. Pour mesurer le courant, l'ampèremètre doit être connecté en série avec le circuit dont on veut mesurer le courant.

La mesure du courant à travers une résistance à l'aide d'un ampèremètre est illustrée dans la figure ci-dessous.

Le courant électrique peut également être mesuré à l'aide d'un galvanomètre. Le galvanomètre donne à la fois la direction et l'intensité du courant électrique.

Le courant peut être mesuré en détectant le champ magnétique associé au courant sans interrompre le circuit. Il existe divers instruments utilisés pour mesurer le courant sans interrompre le circuit.

Capteurs de courant à effet Hall
Transformateur de courant (CT) (mesure uniquement le courant alternatif)
Pinces ampèremétriques
Résistances shunt
Capteurs de champ magnétique à effet magnéto-résistif

Questions courantes sur le courant électrique

Examinons certaines questions courantes liées au courant électrique.

Quel instrument utilise un électroaimant pour mesurer le courant électrique?

Un galvanomètre est un instrument de mesure qui utilise un électroaimant pour mesurer le courant électrique.

Le galvanomètre est un instrument absolu ; il mesure le courant électrique en termes de tangente de l'angle de déviation.

Un galvanomètre peut mesurer directement le courant électrique, mais cela implique de rompre le circuit ; par conséquent, cela peut être parfois inconvenant.

Comment un courant électrique produit-il une force magnétique?

Un conducteur porteur de courant placé dans un champ magnétique subira une force car le courant n'est rien d'autre que le flux de charges.

Considérons un conducteur porteur de courant avec un courant qui y circule, comme indiqué dans la figure (a) ci-dessous. Selon la règle de la main droite de Fleming ; ce courant produira un champ magnétique dans le sens horaire.

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Force magnétique produite par un courant électrique

Le résultat du champ magnétique du conducteur est qu'il forcera le champ magnétique au-dessus du conducteur et l'affaiblira en dessous.

Les lignes de champ sont comme des élastiques tendus ; elles pousseront donc le conducteur vers le bas, c'est-à-dire que la force est dirigée vers le bas, comme indiqué dans la figure (b).

Cet exemple indique qu'un conducteur porteur de courant dans un champ magnétique subit une force. L'équation suivante détermine l'intensité de la force magnétique sur un conducteur porteur de courant.

$\begin{align*} F_B = BIL\,\,Sin\theta \end{align*}$

Pour faire circuler un courant électrique, il est nécessaire d'avoir

Pour faire circuler un courant électrique, il est nécessaire d'avoir les éléments suivants :

Une différence de potentiel qui existe entre deux points. Si les deux points d'un circuit sont au même potentiel, le courant ne peut pas circuler.
Une source de tension ou source de courant, telle qu'une batterie ou une pile qui force les électrons libres qui constituent un courant électrique.
Un conducteur ou un fil qui transporte des charges électriques.
Le circuit doit être fermé ou complet. Si les circuits sont ouverts, le courant ne peut pas circuler.

Ce sont les conditions nécessaires pour faire circuler un courant électrique. L'image ci-dessous montre un courant passant dans un circuit fermé.

Quelle est la principale différence entre le courant électrique et l'électricité statique

La principale différence entre le courant électrique et l'électricité statique est que les électrons ou les charges circulent à travers le conducteur dans un courant électrique.

Alors que, dans l'électricité statique, les charges sont au repos et s'accumulent à la surface de la substance.

Le courant électrique est dû au flux d'électrons, alors que l'électricité statique est due aux charges négatives passant d'un objet à un autre.

Le courant électrique ne se génère que dans le conducteur, alors que l'électricité statique se génère à la fois dans le conducteur et l'isolant.

Comment un courant électrique affecte-t-il un pôle magnétique ?

Nous savons que lorsque le courant électrique circule, c'est-à-dire que la charge électrique est en mouvement, cela produit un champ magnétique. Si nous plaçons un aimant dans un champ magnétique, il subit une force.

Pour les charges électriques, c'est-à-dire le courant électrique, les pôles magnétiques de même nom s'attirent et ceux de nom opposé se repoussent. On peut donc dire que le courant électrique affecte le pôle magnétique via le champ magnétique.

Quel instrument est utilisé pour mesurer le courant électrique

Un instrument qui peut mesurer le courant électrique est appelé un ampèremètre. L'ampèremètre doit être connecté en série avec le circuit dont on veut mesurer le courant.

D'autres instruments variés sont également utilisés pour mesurer le courant électrique.

Capteurs transducteurs à effet Hall
Transformateur de courant (CT) (Mesure uniquement le courant alternatif)
Mètres à pinces
Résistances chasseuses
Capteurs de champ magnétorésistif

Source : Electrical4u

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