Sens du courant dans un circuit

Chapitre 2: Le courant électrique

II Le sens du courant électrique

1) Le sens conventionnel du courant électrique

On parle pour le courant de sens du conventionnel car à l’origine celui-ci a été fixé par une convention (c’est à dire une décision qui fait office de règle).
Sens conventionnel du courant :
A l’extérieur d’un générateur le courant électrique circule de la borne positive vers la borne négative.

2) La représentation du sens du courant sur un schéma

Le sens du courant peut être indiqué en tous points d’un circuit en plaçant sur l’un des cotés du schéma normalisé une flèche de couleur rouge.
Exemple:

Remarque : On n’indique le sens du courant que dans un circuit où le courant électrique circule effectivement. Par exemple on n’indique pas le sens du courant dans un circuit comportant un interrupteur ouvert.

3) Influence du sens du courant sur les récepteurs

Certain récepteurs ont un fonctionnement différent si le sens du courant électrique qui les parcourt est inversé: ces récepteurs sont alors dit polarisés.
Exemple les moteurs sont dipôles polarisés :
Si l’on inverse le sens du courant ils se mettent à tourner dans le sens opposé.

Dans le cas contraire on parle de dipôles non polarisés.
Les fils de connexion, les lampes, les interrupteurs ne sont pas polarisés et on peut donc les brancher dans n’importe quel sens dans un circuit.

Remarque: Le sens du courant qui traverse un dipôle peut être inversé soit en inversant de branchement du générateur soit en inversant le sens de branchement du dipôle.

courant électrique Courant électrique : tension et intensitéConsulter aussi dans le dictionnaire : courant Courant électrique : tension et intensité

Déplacement de charges électriques dans un conducteur.

ÉLECTRICITÉ

Intensité d’un courant électrique

Hans Christian Œrsted

Dans un conducteur, où existent des charges électriques, le produit de la densité volumique des charges par leur vecteur vitesse moyenne est le vecteur densité de courant. Le courant i traversant une surface donnée est défini comme le flux de la densité de courant à travers cette surface, ou comme le quotient de la charge d q qui traverse la surface pendant un temps d t :

 

Dans la formule, l’intensité du courant i se mesure en ampères (A) ; la charge d q se mesure en coulombs (C) ; le temps dt se mesure en secondes (s).

Propriétés d’un courant électrique

Lorsqu’un conducteur est traversé par un courant électrique, on peut observer les trois phénomènes suivants :
1° effet calorifique : le conducteur est le siège d’un dégagement de chaleur (effet Joule) ;
2° effet électromagnétique : il y a création d’un champ magnétique dans l’espace environnant ;
3° effet électrochimique : si on coupe le conducteur et si on plonge les extrémités dans une solution saline, il se produit une décomposition chimique de la solution (un courant peut déplacer les ions d’un électrolyte).

Le sens du courant électrique

André Marie Ampère

Pour définir le sens du courant électrique, André Marie Ampère a choisi arbitrairement celui du déplacement des charges positives : c’est ce qu’on appelle aujourd’hui le « sens conventionnel » du courant. Les électrons se déplacent donc dans le sens inverse du sens conventionnel. Dans un circuit, le courant (sens conventionnel) sort de la pile par la borne positive et se dirige vers sa borne négative.

La relation entre le courant et la tension

Georg Simon Ohm

La différence de potentiel (ddp) entre les deux bornes d’une pile (ou entre les deux soudures d’un couple thermoélectrique) est la cause de la circulation de l’électricité dans un conducteur. En général, lorsque la ddp augmente, l’intensité du courant augmente aussi. Pour les conducteurs métalliques, le physicien allemand Georg Simon Ohm montra en 1827 que l’intensité du courant et la ddp sont proportionnelles : avec une pile fournissant une ddp deux fois plus grande, le courant est deux fois plus intense. De même, dans un tuyau, le débit d’eau est deux fois plus élevé si la différence de hauteur entre les deux extrémités du tuyau double.

Générateur de courant continu

Pour une même pile, et donc une même ddp, le courant dépend aussi du conducteur qui relie les deux pôles de la pile. On appelle résistance la grandeur caractéristique d’un conducteur, telle que : U = RI, où R se mesure en ohms (Ω), U en volts (V) et I en ampères (A). Ainsi, lorsque l’intensité est faible, on dit que le conducteur est très résistant ; lorsqu’elle est forte, on dit qu’il est peu résistant. La résistance d’un conducteur dépend de sa nature (cuivre, argent…), de sa longueur et de sa section. Un fil court offre une résistance plus faible qu’un fil long, un fil fin présente un passage plus difficile aux charges, et donc une résistance plus importante, qu’un fil large. La résistance varie aussi avec la température.

Moteur électrique à courant continu

La loi d’Ohm n’est pas valable pour tous les conducteurs. Ainsi, l’étincelle qui se produit entre deux points d’un circuit séparés par un espace d’air et forme un « arc » extrêmement lumineux entre deux charbons ne vérifie pas la loi d’Ohm.

Le déplacement des électrons s’effectue du pôle négatif vers le pôle positif Par convention, on attribue au sens du courant le sens opposé à celui des électrons, ce qui peut sembler paradoxal !

C’est que les premières études mathématiques de l’électricité ont nécessité l’attribution arbitraire d’un sens au phénomène : du plus vers le moins.

Or, ce n’est que bien plus tard que se fît la découverte des électrons, éléments de l’atome, dont les déplacements sont à l’origine de l’électricité.
Dans un circuit, le générateur agit un peu comme une pompe ; les atomes de son pôle négatifs refoulent les électrons vers les atomes de son pôle positif qui les aspirent.

Attention cependant, il ne faut pas croire que le même électron échappé d’un atome du pôle négatif va partir dans le circuit, traverser ces éléments, pour finir satellisé autour d’un atome du pôle positif. Non, le courant électrique est un déplacement global des électrons : le mouvement des charges négatives se transmet d’atomes à atomes tout au long du circuit.

D’ailleurs, si l’électricité se déplace si vite, ce n’est pas parce que les électrons se déplacent vite (leur vitesse est de 30 mètres par jour dans le cuivre), mais parce que leur mouvement se transmet très vite de proche en proche (cette transmission avoisine la vitesse de la lumière).

Une pile possède deux extrémités de formes différentes : les bornes. Pourquoi attribue-t-on à ces bornes les signes « + » et « – » ?
Réponse : ces signes indiquent que les bornes d’une pile ne sont pas identiques ; ils permettent de placer la pile à l’endroit dans un circuit électrique. Mais quel est le sens du courant électrique ?

Une pile possède deux extrémités de formes différentes : les bornes. Pourquoi attribue-t-on à ces bornes les signes « + » et « – » ?Réponse : ces signes indiquent que les bornes d’une pile ne sont pas identiques ; ils permettent de placer la pile à l’endroit dans un circuit électrique. Mais quel est le sens du courant électrique ?

I. Mise en évidence du sens du courant

Les circuits électriques permettant de faire briller des lampes fonctionnent quel que soit le sens de branchement de la pile. Il n’en est pas toujours ainsi.

•  Protocole : réalisons un circuit comprenant une pile et un moteur électrique. La pile est branchée dans un sens puis dans l’autre (voir le dessin ci-dessous).

•  Observation : suivant le sens dans lequel on branche la pile, le moteur tourne dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens contraire. Les deux bornes de la pile ne sont donc pas identiques et le courant ne circule que dans un seul sens. C’est pour cette raison que l’on différencie les deux bornes de la pile (ou d’un générateur) en y indiquant les symboles « + » et « – ».

II. Le sens conventionnel du courant

•  Le courant électrique ne circule donc que dans un seul sens, mais lequel ?
Le problème s’est posé aux physiciens et comme on ne peut pas voir le courant électrique, un sens arbitraire a été donné : le courant circule de la borne positive vers la borne négative du générateur (ou de la pile) à l’extérieur de celui-ci. C’est le sens conventionnel du courant électrique.

•  Si nous réalisons nos schémas en plaçant le générateur à gauche du circuit avec la borne positive vers le haut, le courant électrique circulera dans le sens des aiguilles d’une montre.

III. Le sens du courant et les diodes

Nous avons vu que le moteur est sensible au sens du courant. C’est également le cas d’un composant électrique très courant appelé diode.
La diode possède deux bornes qui ne sont pas identiques. C’est ce que nous allons mettre en évidence expérimentalement.

•  Protocole : nous réalisons un circuit électrique composé d’une diode, d’une lampe et d’une pile. La diode est placée dans un sens puis dans l’autre.

•  Observation : la lampe ne s’allume que pour un seul sens de la diode : c’est le sens passant. Si la diode est dans l’autre sens la lampe ne s’allume pas car aucun courant ne circule dans le circuit.

•  Interprétation : la diode ne laisse donc passer le courant que dans un seul sens. C’est un composant qui est très utilisé dans les appareils ménagers pour bloquer le passage du courant si les piles sont placées dans le mauvais sens.
On parle alors de diode de protection car elle protège certains éléments électroniques du circuit qui sont sensibles au sens du courant électrique.

•  Il existe également des diodes électroluminescentes (DEL) qui ont la même fonction qu’une diode mais qui, en plus, émettent de la lumière et peuvent servir de témoin pour indiquer que le courant électrique circule et que le circuit électrique est fermé.

Une pile possède deux extrémités de formes différentes : les bornes. Pourquoi attribue-t-on à ces bornes les signes « + » et « − » ? Et quel est le sens du courant électrique ?

1. Mise en évidence du sens du courant

Les circuits électriques permettant de faire briller des lampes fonctionnent quel que soit le sens de branchement de la pile. Il n’en est pas toujours ainsi.

• Protocole : réalisons un circuit comprenant une pile et un moteur électrique. La pile est branchée dans un sens, puis dans l’autre.

• Observation : suivant le sens dans lequel on branche la pile, le moteur tourne dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens contraire. Les deux bornes de la pile ne sont donc pas identiques et le courant ne circule que dans un seul sens. C’est pour cette raison que l’on différencie les deux bornes de la pile (ou d’un générateur) en y indiquant les symboles « + » et « − ».

2. Le sens conventionnel du courant

• Le courant électrique ne circule donc que dans un seul sens, mais lequel ?
Le problème s’est posé aux physiciens et comme on ne peut pas voir le courant électrique, un sens arbitraire a été donné : le courant circule de la borne positive vers la borne négative du générateur à l’extérieur de celui-ci. C’est le sens conventionnel du courant électrique.

• Si nous réalisons nos schémas en plaçant le générateur à gauche du circuit avec la borne positive vers le haut, le courant électrique circulera dans le sens des aiguilles d’une montre.

3. Le sens du courant et les diodes

Nous avons vu que le moteur est sensible au sens du courant. C’est également le cas d’un composant électrique très courant appelé diode.
La diode possède deux bornes qui ne sont pas identiques. C’est ce que nous allons mettre en évidence expérimentalement.

• Protocole : nous réalisons un circuit électrique composé d’une diode, d’une lampe et d’une pile. La diode est placée dans un sens puis dans l’autre.

• Observation : la lampe ne s’allume que pour un seul sens de la diode : c’est le sens passant. Si la diode est dans l’autre sens, la lampe ne s’allume pas car aucun courant ne circule dans le circuit.

• Interprétation : la diode ne laisse donc passer le courant que dans un seul sens. C’est un composant qui est très utilisé dans les appareils ménagers pour bloquer le passage du courant si les piles sont placées dans le mauvais sens.
On parle alors de diode de protection car elle protège certains éléments électroniques du circuit qui sont sensibles au sens du courant électrique.

• Il existe également des diodes électroluminescentes (

DEL

) qui ont la même fonction qu’une diode mais qui en plus émettent de la lumière et peuvent servir de témoin pour indiquer que le courant électrique circule et que le circuit électrique est fermé.