Le courant
électrique continu
Situation problème :
Imaginez un monde sans électricité. Pas de téléphones, pas
d’ordinateurs, pas de lumière la nuit. L’électricité est une partie essentielle
de notre vie quotidienne, et l’un des types d’électricité que nous utilisons
souvent est le courant électrique continu.
I-
Types d’électricité :
1-
Electrisation par frottement :
a. Expérience :
On frotte un bâton en ébonite contre une peau de chat, comme on frotte un utre bâton de verre.
b. Conclusion
L’électrisation de matière s’explique par un transfert par
frottement de particules chargés d’électricité négative (électron) d’un corps à
un autre,
2-
Types d’électricité :
·
Les corps qui captent les
électrons, se chargent négativement (l’ébonite par exemple),
·
Les corps qui perdent les
électrons, se chargent positivement (le verre par exemple).
Conclusion :
·
La charge électrique est
une grandeur mesurable, elle peut être positive ou négative, notée Q, elle
s’exprime en Coulomb (C),
·
Chaque électron porte une
charge négative .
II-
Courant électrique continu :
1-
Courant électrique continu :
a- Activité : Réalisons le montage suivant : On ferme l’interrupteur K :
Noter le sens de rotation du moteur M,
Inversons les connexions aux bornes de générateur. Noter à nouveau le sens de rotation du moteur M.
· Les électrons libres des métaux se déplacent à travers des fils de connexion du pôle négatif vers le pôle positif du générateur, ce déplacement des électrons constitue le courant électrique,
· En général, un courant électrique est un mouvement d’ensemble des porteurs des charges électriques (les électrons dans les conducteurs et les ions dans des solutions électrolytiques)
b-
Conclusion :
Le courant électrique continu, garde une intensité I au
cours du temps qui s’exprime en Ampère (A), il circule dans le même sens.
c-
Sens conventionnel du courant :
·
Par convention, le courant
électrique circule de la borne positive vers la borne négative à l’extérieur du
générateur,
·
Les électrons dans les
métaux et les anions dans les solutions électrolytiques se déplacent dans le
sens contraire de sens conventionnel du courant électrique,
·
Les cations dans les
solutions électrolytiques se déplacent dans le même sens du courant,
2-
Intensité du courant électrique :
L’intensité du courant électrique c’est la quantité des
charges qui travers la section du conducteur par unité du temps. Elle est
donnée par la relation suivante : . Q : Quantité
d’électricité en Coulomb (C)
Avec pour les électrons et est le nombre des électrons et est la charge élémentaire.
Et pour les ions avec α est le nombre des charges
portées par chaque ion et : le nombre des ions.
Exemples : Pour , α=2 ; , α=1 ; , α=2 et , α=1.
III-
Mesure de l’intensité du courant électrique :
1-
Ampèremètre :
a. Expérience : On considère le montage électrique suivant : Pour mesurer l’intensité du courant qui travers un dipôle, il faut brancher un ampèremètre en série avec ce dipôle
b. Remarque :
On constate que les deux ampèremètres sont indiqués les
mêmes intensités I1=I2=…A
2-
Lecture
de l’intensité :
Dans le cas d’un ampèremètre à aguille à plusieurs calibres,
la valeur de l’intensité est donnée par la relation suivante : avec c : le calibre ; n :
nombre indiqué par l’aiguille et N : nombre de division du cadran.
Remarque :
·
L’incertitude absolue est
donnée par la relation suivante : avec est la classe de l’appareil,
·
L’encadrement de
l’intensité réelle est : ,
·
L’incertitude relative est
donnée par la relation suivante : .
1-
Loi des nœuds :
c. Conclusion :
La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud
est égale à la somme des intensités des courants qui en repartent. Donc .
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Application 1 :
On mesure l’intensité d’un courant électrique par un ampèremètre dont les
réglages sont représentés sur la figure ci-contre :
1- En observant les réglages, répondre aux questions
suivantes :
a- Mesure-t-on l’intensité d’un courant continu ?
b- Quelle est le calibre utilisé ?
c- Sur quelle échelle a-t-on avantage à lire ?
2- Lecture de l’intensité mesurée :
a- Déterminer la valeur de l’intensité I,
b- Calculer l’incertitude absolue de cette mesure,
c- Encadrer le résultat de la mesure,
d- Calculer l’incertitude relative de la mesure.
3- On refait la mesure, en utilisant le calibre C=1A :
a- Quelle graduation va indiquer l’aiguille ?
b- Calculer l’incertitude absolue de cette mesure,
c- Encadrer le résultat de la mesure,
d-
Calculer
l’incertitude relative de la mesure.
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Application
2 :
1- On considère le montage suivant :
On donne : I1=1A ; I2=0,6A
et I3=0,2A :
Calculer I4 ; I5 et I6
2- Une quantité d’électricité traverse une section (S) d’un fil conducteur
en 2min.
On donne : :
a- Calculer l’intensité du courant électrique I dans le fil
b- Calculer le nombre d’électrons qui traversent la section (S).
