Leçon N°8 :
Le courant électrique continu
Situation problème
Tous les appareils et les composants électriques qui nous entourent fonctionnent avec un courant électrique.
I.Phénomène d’électrisation
On frotte une règle en plastique contre un chiffon quelconque, et on la rapproche de petits morceaux de papier posés sur une table comme l’indique le schéma.
II.Le courant électrique
1. Sens conventionnel du courant électrique
Par convention, le courant électrique circule toujours de la borne positive vers la borne négative à l’extérieur du générateur.
2. Nature du courant électrique
a. Nature du courant électrique dans les conducteurs métalliques
Dans les métaux, le courant électrique est dû au déplacement des électrons dans le sens contraire du sens conventionnel du courant électrique.
b. Nature du courant électrique dans les solutions électrolytiques
III.Intensité du courant électrique continu
1. Quantité d’électricité
C’est la quantité de charges qui traversent un conducteur, elle est exprimée par la relation :
Son unité dans le (S.I) est le coulomb (C). Avec : n : le nombre de porteurs de charges ; α : le nombre de charges ; e : la charge élémentaire e = 1,6·10−19 C
2. L’intensité du courant électrique continu
L’intensité I du courant électrique à travers un conducteur est la quantité de charges Q qui traverse la section de ce conducteur pendant une durée Δt, et on écrit :
Son unité dans le (S.I) est l’ampère (A).
Une quantité d’électricité Q = 2,3 C traverse une section (S) d’un fil conducteur en 12 s.
- Calculer l’intensité du courant électrique I dans le fil.
- Calculer le nombre d’électrons qui traversent la section (S). On donne : e = 1,6·10−19 C
Dans une solution de chlorure de fer III, on immerge 2 électrodes reliées à un générateur de tension.
- Dessiner le montage électrique correspondant en représentant le sens conventionnel du courant et le sens de déplacement des porteurs de charges (les électrons et les ions).
- Si l’intensité du courant électrique est I = 3,2 A, calculer N le nombre des ions fer III Fe3+ et N′ le nombre des ions chlorure Cl− qui se sont déplacés pendant 2 minutes.
3. Mesure de l’intensité du courant électrique continu
Pour mesurer l’intensité du courant électrique, on utilise un appareil qui s’appelle l’ampèremètre.
| Ampèremètre | Schématisation | Branchement | Intensité du courant |
|---|---|---|---|
| ❶ L’ampèremètre est toujours branché en série dans le circuit électrique. ❷ Le courant électrique doit pénétrer dans l’ampèremètre par sa borne positive. |
Elle est calculée par la relation : I = C · nn0 avec : C : le calibre utilisé en (A) ; n : le nombre de divisions indiqué par l’aiguille ; n0 : le nombre de divisions du cadran. |
x : la classe de l’ampèremètre, elle est déterminée par le constructeur.
⚠ Remarque : La valeur de l’intensité du courant électrique s’écrit sous la forme : I ± ΔI
On mesure l’intensité d’un courant électrique par un ampèremètre dont les réglages sont représentés dans la figure ci-contre (cadran de 100 graduations, aiguille sur la graduation 48).
- En observant les réglages :
1.1 Mesure-t-on l’intensité d’un courant continu ou variable ?
1.2 Quel est le calibre utilisé ?
1.3 Sur quelle échelle doit-on lire les graduations ? - Déterminer la valeur de l’intensité I du courant électrique.
- Calculer l’incertitude absolue de cette mesure sachant que la classe de l’ampèremètre vaut x = 1,5.
- Calculer l’incertitude relative de la mesure.
On considère un ampèremètre lors d’une mesure de l’intensité d’un courant électrique continu (classe c = 1,5 ; cadran à deux échelles de 100 et 30 graduations ; calibres 0,01 A, 0,03 A, 0,1 A, 0,3 A, 1 A, 3 A).
- Quel est le calibre utilisé ?
- Quel est le nombre de graduations indiqué dans :
2.1 le cadran qui contient 100 graduations
2.2 le cadran qui contient 30 graduations - Calculer l’intensité du courant mesurée dans chaque cas.
- En déduire le cadran convenable pour une lecture simple de l’intensité du courant.
- Calculer l’incertitude absolue ainsi que l’incertitude relative sur cette mesure.
- En déduire l’intensité du courant mesurée en tenant compte des incertitudes de mesure.
IV.Propriétés du courant électrique
| Type de circuit électrique | Circuit en série | Circuit en parallèle |
|---|---|---|
| Montage de circuit électrique | ||
| Propriétés du courant électrique | L’intensité du courant est la même en tout point d’un circuit série : I = cte |
Loi des nœuds : La somme des intensités des courants qui entrent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui en sortent : Σ Ientrants = Σ Isortants Exemple : I1 + I3 = I2 + I4 + I5 (nœud N où arrivent I1 et I3 et d’où partent I2, I4, I5) |
On considère le circuit de la figure ci-contre.
- Sachant que la quantité d’électricité Q qui traverse la section du fil AF pendant une minute est Q = 30 C
1.1 Calculer le nombre d’électrons qui traversent cette section pendant la même durée.
1.2 En déduire la valeur de l’intensité du courant I1 qui traverse la lampe L1. - L’ampèremètre A comporte 100 divisions et possède les calibres suivants : 5 A – 1 A – 300 mA – 100 mA
2.1 Quel est le calibre le plus adapté pour la mesure de l’intensité I1 ?
2.2 Devant quelle division l’aiguille de l’ampèremètre s’arrête-t-elle ? - Le courant électrique débité par le générateur est d’intensité I = 0,8 A
3.1 Quels sont les points qui sont considérés comme des nœuds ?
3.2 Indiquer le sens du courant dans chaque branche. Déterminer les valeurs des intensités qui traversent les lampes L2, L3 et L4.