Généralités sur le courant électrique - 2nd

Classe: 
Seconde
 

I. Circuit électrique

1. Générateurs et récepteurs

1.1. Expérience

Nous nous proposons d'allumer la lampe nous pouvons pour cela allumer la lampe d'une façon beaucoup plus commode l'ampoule est montée sur son support puis reliée par des fils métalliques a la pile.
 
 
Le circuit électrique ainsi réalisé comporte :
 
$-\ $un appareil qui produit du courant ; c'est la pile
 
La pile est un générateur de courant.
 
$-\ $un appareil qui reçoit le courant fourni par la pile ; c'est la lampe
 
La lampe est un récepteur de courant.

1.2. Conclusion

Un circuit électrique est généralement constitué d'une chaine de générateur (s) et de récepteur (s) reliés par les fils conducteurs.

Remarque :

Un circuit doit comporter au moins un générateur.

2. Exemples de circuits électriques

2.1 Dipôles et symboles

La lampe, la pile possèdent chacun deux bornes ce sont des dipôles électriques.
 
Ils sont représentés conventionnellement par des symboles.

Symboles de quelques dipôles 

 

2.2 Schéma du circuit

Un circuit électrique peut être schématisé à l'aide des symboles normalises.

Exemple

 

2.3. Conducteurs et isolants

2.3.1. Expérience

Réalisons le circuit électrique fermé suivant en lui intercalant divers objets.
 
$$\begin{array}{|l|l|l|} \hline\text{Objet}&\text{Substance}&\text{Etat de la lampe}\\\hline\text{Stylo à bille}&\text{Plastique}&\text{Lampe éteinte}\\\hline\text{Fil de fer}&\text{Fer}&\text{Lampe éteinte}\\\hline \end{array}$$

Conclusion

Le fil de fer, comme tous les métaux laissent passer le courant électrique. 
 
Ce sont des conducteurs électriques le stylo à bille (en plastique) le bois sec, le plastique le verre tout comme l'air ne laissent pas passer le courant électrique.
 
Ce sont des isolants électriques.

2.4. Les types de circuits

2.4.1. Le circuit série

Dans un circuit série, les dipôles sont reliés les uns à la suite des autres par des fils de connexion formant ainsi un seul boucle.

Exemple

 

Remarques :

$-\ $Un circuit est série est constituée d'un boule.
 
$-\ $Dans un circuit série, lorsqu'on dipôle ne fonctionne pas le courant ne circule plus et les autres dipôles ne fonctionnent pas.

2.4.2. Le circuit en dérivation ou en parallèle

 
Un circuit en dérivation ou en parallèle est un montage électrique dans lequel on peut trouver au moins deux boucles.

Remarques :

Dans un circuit en dérivation, si un dipôle ne fonctionne pas, les autres dipôles continuent de fonctionner.
 
Un circuit en dérivation comporte des nœuds et des branches :
 
$-\ $Un nœud est un point où aboutissent au moins trois fils conducteurs $($exemple ; les nœuds $A$ et $B)$
 
$-\ $une branche est une portion de circuit compris entre deux nœuds.
 
La branche qui contient le générateur est branche principale $(AKGB).$
  
Les autres branches sont des branches dérivées $(ALB$ et $DEC).$

2.4.3. Le circuit électrique de la bicyclette 

 
 
L'observation du circuit d'une bicyclette montre qu'il est apparemment composé de deux lampes (phare et le feu arrière), d'une génératrice (la dynamo) et deux fils conducteurs.
 
Si l'on schématise ce montage, on constate alors qu'il ne peut manifestement pas fonctionner : il n'est pas fermé.
 
Il existe nécessairement entre les points $1\;,\ 2\text{ et }3$ une liaison électrique qui n'est pas constitué par un fil.
 
Cette liaison est assurée par le cadre métallique donc par un conducteur de la bicyclette. 
 
On dit que le circuit se ferme par le cadre ou encore par la masse.

II. Les effets du courant électrique

Réalisons le circuit suivant 
 

1. Effet calorifique

Si on ferme l'interrupteur la lampe s'allume et dégage de la chaleur. 
 
La chaleur de la lampe est due au passage du courant qui chauffe et porte à incandescence le filament de la lampe c'est l'effet calorifique.

2. Effet chimique

Si on ferme l'interrupteur, il apparait aux électrodes de l'électrolyseur contenant un électrolyte des dégagements de gaz : c'est l'effet chimique.

3. Effet magnétique

Lorsqu'on fait passer un courant dans un conducteur $AB$ placé au voisinage d'une aiguille aimantée, la position de cette dernière est modifiée comme dans le cas de la déviation de l'aiguille aimantée placé au voisinage d'un aimant. 
 
C'est l'effet magnétique.

III. Sens conventionnel et nature du courant électrique

1. Sens conventionnel du courant électrique

Si nous fermons l'interrupteur, le courant se manifeste par trois effets : 
 
$\blacktriangleright\ $l'effet thermique, l'effet magnétique et l'effet chimique,
 
L'inversion des branchements sur les bornes du générateur entraîne l'inversion des effets magnétique et chimique.
 
Nous pouvons donc dire, d'après les observations, que l'effet chimique et l'effet magnétique du courant électrique sont polarisés (ils dépendent du sens du courant électrique).
 
L'effet thermique est quant à lui non polarisé.
 
Pour le sens conventionnel, à l'extérieur d'un générateur, le courant circule de la borne positive du générateur vers la borne négative du générateur.

2.  Nature du courant électrique

2.1. Dans les conducteurs métalliques

 

2.1.1. Observations

Lorsqu'on ferme l'interrupteur le faisceau d'électrons du tube de Crookes et le conducteur (tige métallique) dévient dans le même sens : 
 
Dans la tige de cuivre le courant électrique est dû à une circulation d'électrons.

2.1.2. Conclusion

Dans un conducteur métallique les porteurs de charges sont des électrons de conduction.
 
Ils se déplacent en sens inverse conventionnel du courant électrique.

2.2. Dans les électrolytes 

 

2.2.1. Observations

Si on ferme l'interrupteur les ions positifs $Cu^{2+}$ migrent vers l'électrode négative (cathode) et les ions négatifs $\left(Cr_{2}O_{7}^{2-}\right)$ vers l'électrode positive. 
 
Cette migration des ions est à l'origine de la circulation du courant électrique dans l'électrolyte.

2.2.2. Conclusion

Dans un électrolyte les porteurs de charge sont des ions : les cations et les anions.
 
Le sens conventionnel du courant est le sens de déplacement de porteurs de charge positive.
 

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