Intensité du courant électrique 

 

 

I) Notion d'intensité

1) notion de courant

Nous dirons qu'il y a du courant chaque fois que quelque chose se déplace.

 

intensite1courant d'air intensite2courant d'eau intensite3courant électrique

 

Les ions et les atomes qui forment réellement la matière sont fixes. Il y a des électrons libres (rouge)

Le courant électrique est un déplacement d'électrons

(il y a aussi déplacement de trous positifs mais c'est hors programme)

 

2) rôle du générateur

 

intensite4Le pôle plus de la pile attire les électrons, alors que le pôle moins les repousse.

Il devrait en résulter que:

Très vite tous les électrons libres des conducteurs sont capturés par le pôle plus.  Au bout de quelques microseconde, il ne devrait plus y avoir de courant dans le circuit.

 Ce n'est pas ce que l'observe. Il faut donc admettre que les électrons capturés par le pôle + sont restitués par le pôle -.

En conséquence, on peut dire que:

 

Le générateur joue le rôle d'une pompe à électrons (e-)

 

Le sens des électrons est du moins vers le plus. Pour des raisons historiques: A l'extérieur du génrateur le courant électrique va du pôle + vers le pôle -

 

3) Définition de l'intensité

Un synonyme d'intensité est force. Nous cherchons donc à évaluer la force du courant.

 

intensite6

Une méthode, c'est de compter le nombre d'électrons "libres" qui passe à travers la section hachurée pendant un temps t. Par exemple il traverse n=1020 électons en t=10 secondes. Mais un électron transporte une quantité d'électricité -e=-1,6.10-19C.

 Sans tenir compte du signe, on peut calculer la quantité d'électricité qui traverse la section hachurée en 10s:

Q=1,6.10-19 x 1020=16C en 10 s

Donc la charge qui passe en 1s est: 16 : 10=1,6 C/s

en 1 seconde il passe 1,6C . Eh bien on dira qu'il pass 1,6A

(l'ampère correspond à 1 C.s-1 )

 

D'où Les définitions:

L'intensité est le débit en charge électrique. Son unité est l'ampère (A).  

 On peut aussi avoir la formule: 

 

Q=It

 Q: Quantité d'électricité (ou encore charge électrique totale) en coulombs(C)

I: Intensité du courant en ampères (A)

t: durée de l'observation en seconde (s)

 

L'intensité mesure la vitesse des électrons

 

 II) Mesure de l'intensité

 L'appareil qui mesure l'intensité est l'ampèremètre

Les premiers ampèremètre ne mesuraient que l'intensité. il étaient analogiques (possédaient des graduations) 

1) Ampèremètre analogique

 

intensite5La borne de gauche marquée + était la borne des calibres.

La borne de droite (souvent notée -) était le commun.

Le rotacteur donnait la valeur au calibre: 0,01A, 0,03A, 0,A etc...

Le commutateur permettait de choisir entre le courant continu (=) et le courant alternatif (≈)

 

La valeur du calibre indique quelle est l'intensité qui traverse l'appareil quand l'aiguille est sur la graduation la plus haute. (ici 30 ou 100 suivant l'échelle)

Lors de son branchement, l'appareil doit voir le courant entrer par la borne de calibre et sortir par la borne du commun. (Un mauvais branchement peut le détruire).

La mesure s'effectue en deux fois. La première fois on branche l'appareil sur la valeur de calibre la plus élevée (ici 3A) exemple:

Calibre 3A sur l'échelle possédant 100 graduations et l'aiguille indique 10 graduations. Comme l'aiguille est sur 10, oelle n'a parcourue que 10% de l'échelle. Il n'y traverse donc un courant de :

I=3A x 10%= 0,3A.

Cette mesure permet d'évaluer le courant tout en prenant le moins de risque de détruire l'ampèremètre. Cependant cette mesure est peut précise. Maintenant que l'on a évalué le courant de l'ordre de 0,3A, on choisira de faire la deuxième mesure avec la valeur de calibre juste supérieure à celle évaluée (ici 1A). L'aiguille déviera davantage et cela diminuera les erreurs de lecture.

La formule qui permet de calculer l'intensité est :  

I est l'intensité cherchée (dans la même unité que celle du calibre)

n la déviation de l'aiguille

nmax le nombre total de graduations de l'échelle

cal la valeur du calibre

 De plus pour améliorer la précision et limiter les erreurs de parralaxe, il y a un mirroir sous l'aiguille. Lors de la lecture l'aiguille et son image dans le mirroir doivent se superposer. (portion de circuit sans intersection de fil)

 

2) Le contrôleur universel

 

 intensite7

 

 Il mesure à la fois

l'intensité avec les calibres 15A 3A 1,5A 300mA, 150mA et 30mA.

Les tensions avec les calibres 750V 300V etc.

 

Le commun est indiqué par -c

On choisit le calibre en enfonçant directement une fiche banane dans le trou correspondant.

 

Le branchement et les mesures se font de la même façon que précédement, après avoir positionné le commutateur sur mA blanc (le rouge étant pour le courant alternatif).

 

3) Le multimètre numérique

 

intensite8Ici aussi il y a plusieurs mesures différentes (intensité, tension, résistance etc...)

Comme les appareils précedents, il se branche avec deux fils (c'est un dipôle), un fil dans le commun 'fil noir) et un fil dans les calibres (fil rouge).

Le choix du type d'appreil et de la valeur du calibre se fait grace au commutateur central.

Ici aussi pour protéger l'e multimètre, il faut procéder en deux temps:

une première mesure sur la valeur de calibre la plus élevée pour évaluer l'intensité.

une deuxième mesure précise sur une valeur de calibre juste supérieure à l'intensité évaluée.

 

 

III) Mesure de l'intensité dans un circuit simple

1) branchement de l'ampèremètre

symbole d'un ampèremètre:  dessinzp

 

Un ampèremètre se branche avec deux fils un sur le commun et un sur le calibre.

Il doit toujours être placé en série avec l'élément dans lequel on veut mesurer l'intensité.

 

2) Schéma pour une mesure dans un circuit simple

 

intensitebPhoto du montage

 

 intensitea

Le commun (COM doit toujoursêtre dirigé vers le moins de la pile (c'est par là que sort le courant).

L'ampèremètre et la lampe sont bien en série.

 

 

IV) Intensité dans un circuit série

 1) Le montage

 

intensitec

2) Le schémas

 

intensited

On place l'ampèremètre à différents endroits du circuit.

Les mesures montrent qu'aux erreurs de mesures près, les intensité sont sensiblement les même.

D'où la loi des circuits série:

 Dans un circuit série l'intensité est la même en tous points du circuit

Il en résulte aussi que l'intensité est la m^me dans une branche.

 

 V) Intensité dans un circuit dérivation

1) Le montage

 

intensiteh

 

2) Le schéma

 

intensitef

 

Lors des mesures, les ampèremètres A1 et A4 donnent la même intensité.    I1=I4

La somme des intensités.

la somme des intensités I2 et I3 est égale à I1.

 

 

 

 

 

 

 

3) explications

intensitei

Comme le courant représente un n ombre d'électons qui passent, observons les 5 électrons noirs. Une partie va passer par un fil et l'autre partie par l'autre fil (électrons en rouge).  

Si on n'en perd aucun et s'il ne s'en crée pas  la somme des électrons passés dans les branches dérivées (2 et 3) doit être égale à ceux qui sont en noir.

Cette loi traduit le fait qu'il n'y a pas perte ou  création de charges électriques. Elle exprime la conservation de la charge électrique.  

 

 

 

 

 

 

4) La loi des noeuds

 

intensiteg

 

Noms des branches et noeuds dans un circuit dérivation 

 

 

 

 

 intensiten

La somme des intensités se dirigeant vers un noeud et égale à la somme des intensités qui s'en éloigne

 

Donc ici   I=I1 + I2

 

 

5) Les intensités algébriques

 Parfois les circuits sont compliqués et l'on neconnait pas le sens du courant dans une portion de circuit. On met alors des courant avec ds sens au hazard. Lorsque l'on effectue des calcul, si le résultat est positif c'est que le sens choisi était le bon, si le résultat est négatif c'est que l'on a choisit le mauvais sens.

l'habitude est de noter  I1,I2,I3 les courants dons le sens est certain et i1,i2,i3 les courant algébriques.

 

 

VI) Exercices sur la loi des noeuds

exercice n°1

intensitej

1)intensitem

 

Les flêches des courant sortent par les communs des ampèremètre,

 

 

 

 

 

 

2) I1= I2 + I3

3) I1=1,1+0,4=1,5A

4) si L3 grille, I3=0A

5) I1=I2+I3=1,5 + 0=1,5A

 

Exercice n°2

intensitel

 

 

On sait que I3=0,5A et I5=0,4A. Calculez toutes les intensités.

Au noeud C: la loi des noeuds s'exprime par:

I3 + I5 = I6 d'où 0,5 + 0,4= I6 donc:  I6=0,9A

Au noeud B: I2= I4 +I3

mais I4=I5 car c'est la même branche. donc

I2= 0,4 + 0,5 = 0,9A

I7= 0A et I8 aussi car l'interrupteur est ouvert.

Au noeud A: I1= I2 + I7   → I1=0,9 + 0 = 0,9A

Au noeudD: I6 + I8 = I1 → I6+0=I1 → I6=I1=0,9A

 

 

 Exercice n°3

intensiteoCalculez I4.

Au noeud C:

 I1 + I3 = I2 + I4 → 1 + 0,5 = 0,8 + I4

I4 = 1 + 0,5 - 0,8 = 0,7A 

 

 

 

 

 

Exercice n°4

 

intensitep

 

 

ON donne: I1=1A, I2= 2A, I3=3A, I4=4A, I5=5A

I6=6A, I7=7A.

Déterminez le sens et la valeur de I8.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Pour montrer le fonctionnement des courants algébriques, je vais les utilisés en le plaçant en bleu sur le schéma.

Je met tous les courants algébriques de façon à ce qu'ils se dirigent vers le noeud A.

 

intensiteq

Nous avons:

i1=-I1=-1A

i2=-I2=-2A

i3=I3=3A

i4=-I4=-4A

i5=I5=5A

i6=-I6=-6A

i7=-I7=-7A

 

 

 

 

avec les courants algébriques choisis ainsi, nous avons au noeud A:

i1 + i2 + i3 + i4 + i5 + i6 + i7 + i8=0 (aucun courant ne s'éloigne du noeud A.

avec les courants algébriques, la loi des noeuds se résume à la formule: 

donc:

-1 -2 + 3 - 4 + 5 - 6 - 7 + i8 = 0 donc -12 + i8 =0

d'où i8=12

La valeur de I8 est 12A et comme i8 est positif, le sens choisi est le bon donc I8 se dirige vers le noeud.