Vidéo de la leçon : Courant électrique Sciences

Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre ce qu’est un courant électrique et voir comment déterminer la direction du courant électrique dans un circuit.

Le courant électrique est un phénomène physique que nous pouvons tous observer dans la vie quotidienne, par exemple, lorsqu’on reçoit un léger choc électrique en touchant du métal par temps sec. Cela est dû à une décharge de courant électrique. Les ampoules, les téléphones, les ordinateurs portables et tous les autres appareils électriques ont besoin de courant électrique pour fonctionner. Même certains grands phénomènes naturels comme les éclairs sont causés par des courants électriques. Mais avant de parler en détail du courant électrique, revenons d’abord sur la notion de charge électrique.

C’est une propriété que toute matière possède et elle caractérise la manière dont un objet va se comporter quand il est placé dans un champ électrique ou à proximité d’autres objets chargés. Tout objet ou particule peut avoir une charge électrique positive, une charge électrique négative ou aucune charge. Les particules sans charge électrique sont appelées des particules neutres. Dans cette leçon, les objets chargés positivement seront toujours représentés en rouge, souvent avec un signe plus pour rappeler qu’ils sont positifs. Les objets chargés négativement seront représentés en bleu, souvent avec un signe moins pour rappeler qu’ils sont négatifs. La charge d’une particule nous indique la manière dont elle va se comporter quand elle est située à proximité de toute autre objet chargé. Par exemple, deux particules chargées positivement vont toujours se repousser et il en va de même pour deux particules chargées négativement. Elles vont toujours s’éloigner l’une de l’autre.

Mais lorsqu’une particule chargée positivement est proche d’une particule chargée négativement, elles vont être attirées et elles vont se déplacer l’une vers l’autre. Tout comme les pôles d’un aimant, les charges électriques de signe opposé s’attirent et les charges électriques de même signe se repoussent. Les particules neutres ne sont ni attirées ni repoussées par les particules chargées. Elles ne se déplacent pas en réponse à une charge électrique. Rappelons maintenant que tout ce que nous voyons autour de nous est constitué d’atomes. Cela comprend les matériaux qui composent les tables et les chaises, l’écran sur lequel nous regardons cette vidéo, l’air que nous respirons et même notre propre corps. Tout est fait d’atomes.

Les atomes possèdent un noyau en leur centre, que nous dessinons en rouge parce que le noyau est chargé positivement. Les noyaux sont en fait constitués de particules encore plus petites appelées protons et neutrons. Mais nous n’avons pas besoin d’entrer dans les détails pour cette leçon. Dans un atome, autour du noyau, il y a des particules plus petites appelées électrons, que nous dessinons en bleu parce qu’elles sont toujours chargées négativement. Alors, les atomes qui composent les matériaux peuvent avoir un nombre d’électrons différent et des noyaux de tailles différentes. C’est ce qui fait que les matériaux ont des propriétés différentes.

Voyons maintenant comment ces particules peuvent se comporter à l’intérieur d’un matériau. Prenons un bloc de matériau, plutôt grand mais fin. Cela pourrait être du bois, du plastique, du métal ou autre chose. Comme tous les matériaux sont composés d’atomes, supposons que sur cette face ici, nous pouvons voir tous les atomes qui composent ce matériau. Nous voyons les noyaux de chacun des atomes, que nous dessinons en rouge parce qu’ils ont une charge positive. Nous voyons également les électrons qui entourent les noyaux, que nous dessinons en bleu parce qu’ils ont une charge négative. En réalité, il y aurait beaucoup, beaucoup plus d’atomes que ce que nous avons dessiné ici. Mais nous allons juste en considérer quelques-uns pour voir ce qu’il se passe.

Parfois, les électrons et les noyaux des atomes peuvent se séparer. Les électrons peuvent aussi se déplacer dans le matériau. Parfois, ces électrons libres en mouvement peuvent se lier à un autre noyau du matériau. Ils peuvent aussi simplement continuer à se déplacer librement à travers le matériau. Selon le type de matériau auquel appartiennent les atomes, les électrons se déplacent plus ou moins facilement dans le matériau. Par exemple, si nous avons ici un bloc en plastique, il est très difficile pour les électrons de s’éloigner du noyau. En général, ils ne se déplacent pas beaucoup et restent en place.

Mais s’il s’agit d’un métal, les électrons et les noyaux sont très faiblement liés. Les électrons se déplacent donc à travers le matériau de manière continue. C’est la raison pour laquelle les métaux sont de très bons conducteurs d’électricité. La plupart du temps, chaque électron se déplace à travers le métal avec une direction aléatoire. Si tous les électrons se déplacent dans la même direction, comme cela, on parle alors d’un flux d’électrons. Comme chaque électron possède une charge électrique négative, nous pouvons aussi dire que ce flux d’électrons correspond à un flux de charges électriques à travers le matériau. En fait, lorsque les électrons se déplacent tous dans la même direction, lorsqu’il y a un flux de charges électriques dans un matériau, c’est ce qu’on appelle un courant électrique. Un courant électrique correspond à un flux de charges électriques à travers un matériau.

Alors maintenant que nous savons ce qu’est un courant électrique, voyons comment cela fonctionne dans un circuit électrique simple. Commençons par un circuit très simple, constitué d’une ampoule et d’un fil. Donc, sur ce schéma, nous avons une ampoule en haut du circuit. Puis nous avons un fil, qui relie un côté de l’ampoule à l’autre côté de l’ampoule. Généralement, on représente un fil simplement avec un trait. Mais ici, nous voulons observer les électrons qui se déplacent à l’intérieur du fil. Nous avons donc dessiné le fil avec une certaine épaisseur comme un tuyau. Rappelons bien que ce que nous avons ici est seulement un fil reliant les deux côtés de l’ampoule. Les fils sont généralement faits de métal, de cuivre ou de fer, et il y a donc un déplacement continu d’électrons.

Avant de s’intéresser au courant électrique dans ce circuit, rappelons-nous que généralement on ne représente pas les composants d’un circuit électrique en les dessinant, comme cette ampoule ici. On utilise plutôt des symboles pour les représenter. Ces symboles sont généralement plus faciles et plus rapides à dessiner. Le symbole utilisé pour représenter une ampoule est un cercle avec une croix au milieu. Voici donc le symbole représentant une ampoule. Nous pouvons tracer un fil comme nous l’avons déjà fait. Les deux schémas que nous avons ici sont donc équivalents, celui de droite utilise des symboles pour représenter les objets dessinés sur celui de gauche. Le schéma de droite, qui utilise des symboles, est appelé un schéma électrique.

Pour représenter le courant électrique qui circule dans le circuit, dessinons certains des électrons qui se trouvent dans le fil du circuit. Sur ces deux schémas, nous utilisons des cercles bleus pour représenter les électrons, pour nous rappeler qu’ils ont une charge électrique négative. Comme le fil du circuit est en métal, les électrons se déplacent à travers les fils de manière continue. Mais chaque électron se déplace avec une direction aléatoire, il n’y a donc pas de flux de charges électriques se déplaçant dans une direction particulière dans ce circuit. Il n’y a donc pas de courant électrique dans le circuit.

Pour obtenir un flux de charges électriques qui se déplacent dans une direction particulière dans le circuit, il faut ajouter un générateur dans le circuit. Faisons-le d’abord sur le schéma de gauche en dessinant un générateur comme il se présente en réalité. Ajoutons ensuite un générateur sur le schéma électrique en se souvenant du symbole utilisé pour un générateur. Le symbole utilisé pour représenter un générateur est composé de deux traits verticaux séparés par un petit espace. Le trait vertical le plus long représente la borne positive du générateur et le trait le plus court, qui est généralement plus épais, représente la borne négative du générateur.

Par la suite, nous allons simplement travailler avec le schéma électrique. Alors, redessinons-le en un peu plus grand pour avoir plus de place et voir ce qui se passe à l’intérieur du circuit. N’oublions pas que ce symbole représente l’ampoule du circuit. Les cercles bleus représentent les électrons dans le fil. Ce symbole représente le générateur du circuit. Il n’est pas nécessaire de dessiner le petit moins et le petit plus sur le symbole du générateur. Gardons-les quand même pour cette leçon pour nous rappeler à quoi correspond chaque borne. Maintenant que nous avons un générateur dans le circuit, comment se fait-il qu’il y ait un flux de charges électriques se déplaçant dans une direction particulière ?

Rappelons-nous que chaque électron possède une charge électrique négative. Nous avons vu que deux objets ayant une charge négative se repoussent l’un l’autre. Cela signifie que chaque électron situé dans les fils du circuit est repoussé par la borne négative du générateur. Nous avons également vu que les charges négatives et les charges positives s’attirent entres elles. Tous les électrons dans les fils sont donc attirés par la borne positive du générateur. Comme les électrons doivent rester dans les fils, ils vont donc se déplacer de cette manière, depuis la borne négative du générateur dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. Ils vont passer à travers l’ampoule du circuit, puis rejoignent la borne positive du générateur.

Comme tous les électrons se déplacent maintenant dans le sens inverse des aiguilles d’une montre, cela signifie que nous avons un flux de charges électriques dans le circuit. Par conséquent, il y a donc un courant électrique. Ce courant électrique alimente l’ampoule du circuit. Maintenant qu’il y a un générateur dans le circuit, l’ampoule va s’allumer aussi. Il est important de rappeler que les électrons étaient déjà présents dans le circuit avant l’ajout du générateur. Il n’y a création d’un courant électrique que lorsque tous les électrons se déplacent dans la même direction, lorsqu’il y a un flux de charges électriques. Le fait qu’il y a ait des électrons ne crée pas de courant électrique. Le courant électrique existe uniquement s’il y a un flux de charges électriques se déplaçant dans une direction particulière.

Il est également important de rappeler que même si les électrons se déplacent dans le circuit, les noyaux restent immobiles et ne se déplacent pas dans le circuit. Nous devons maintenant voir une convention, qui porte un peu à confusion, et qui est utilisée pour parler du courant électrique. La notion de sens conventionnel du courant est souvent utilisée lorsqu’il est question de circuits électriques. Le sens conventionnel du courant est défini comme étant le sens opposé au flux d’électrons. Ainsi, quelle que soit la direction dans laquelle les électrons circulent, le sens conventionnel du courant correspond au sens opposé. Donc, dans le circuit que nous avons ici, le sens conventionnel du courant est dans le sens opposé aux flèches orange car elles représentent le flux d’électrons dans le circuit.

Pour finir, maintenant que nous connaissons l’origine du courant électrique, il faut également connaître l’unité utilisée pour mesurer le courant électrique. Cette unité s’appelle l’ampère et son symbole est un A majuscule. Nous pouvons donc écrire qu’un ampère est égal à un grand A. Plus le nombre d’électrons par seconde passant en un point du circuit est élevé, plus il y a de courant dans le circuit. Donc, la valeur du courant en ampères est plus élevée. Regardons maintenant un exemple de question concernant le courant électrique.

Complétez la phrase suivante : Le sens conventionnel du courant dans un fil correspond « blanc » celui du flux d’électrons dans le fil. (A) au sens opposé à, (B) au même sens que

Alors, cette question concerne le courant dans un fil. Commençons donc par dessiner un fil. Alors sur ce schéma, les cercles rouges représentent les noyaux des atomes situés dans le fil et les cercles bleus représentent les électrons. Dans la question, on parle du flux d’électrons dans le fil. Supposons que dans ce fil, les électrons circulent vers la droite, selon le sens indiqué par cette flèche. Tous les électrons se déplacent donc dans la même direction, qui dans ce cas est vers la droite.

Nous pouvons rappeler que le courant électrique correspond au flux de charges électriques dans un matériau. Dans ce fil, les charges électriques se déplacent selon le flux d’électrons, donc vers la droite. Rappelons également que le sens conventionnel du courant, ce dont parle la question, est défini de manière particulière. Le sens conventionnel du courant correspond à la direction opposée à celle du flux d’électrons dans le matériau. Pour ce fil, si les électrons circulent vers la droite, cela signifie que le sens conventionnel du courant dans le fil est vers la gauche. Nous avons donc la réponse à cette question. La bonne réponse est la réponse (A). La phrase complète se lit de la façon suivante : Le sens conventionnel du courant dans un fil correspond au sens opposé à celui du flux d’électrons dans le fil

Nous pouvons maintenant conclure en résumant les points clés abordés dans cette leçon. Nous avons vu que le courant électrique correspond au flux de charges électriques qui se déplacent à travers un matériau ou autour d’un circuit. Le sens conventionnel du courant correspond au sens opposé à celui du flux d’électrons. L’unité du courant électrique est l’ampère, notée A majuscule. Le courant électrique est donc un flux de charges électriques et il est mesuré en ampères.