Intensité du courant électrique - 2nd

Classe: 
Seconde
 

I. Notion d'intensité

1. Variation des effets et intensité

Réalisons un circuit électrique constitué : 
 
$-\ $d'un générateur
 
$-\ $de deux récepteurs : l'ampoule $(L)$, la cuve à l'électrolyse $(C)$, contenant de l'eau distillée
 
$-\ $d'un interrupteur $(K)$
 
$-\ $reliés par des fils conducteurs
 
 
 
On ferme l'interrupteur la lampe reste éteinte, il ne passe rien dans la cuve.
 
On ajoute quelques gouttes de soude dans l'eau de la cuve :
 
$-\ $l'ampoule s'allume
 
$-\ $des bulles de gaz se dégagent aux électrons de la cuve 
 
Ces effets du courant deviennent plus importants que le courant est intense ou son intensité a augmenté.
 
 
 

2. Définition de l'intensité

 
 
Si en une durée $t$ exprimée en seconde $(s).$ 
 
$N$ nombre de charges qui traversent une section de conducteur métallique.
 
Le débit de porteurs de charges est défini par la relation.
$$D=\dfrac{N}{t}$$
 
Si ce débit est constant, l'intensité $I$ d'un courant continu est le rapport de la valeur absolue de la quantité d'électricité $Q$ sur la durée de passage $t.$
$$D=\dfrac{Q}{t}\quad\text{or}\quad Q=Ne\Rightarrow I=\dfrac{Ne}{t}\Rightarrow I=De$$

3. Ordre grandeur de quelques intensités                                    

$$\begin{array}{|l|l|l|l|l|l|} \hline \text{Foudre}&\text{Génératrice}&\text{Démarreur}&\text{Plaque}&\text{Lampe}&\text{Montre}\\&\text{de centrale}&\text{de voiture}&\text{de cuisson}&\text{halogène}&\text{à quartz}\\&\text{électrique}& & & &\\\hline\text{Jusqu'à}&5KA&50A&2\text{ à }20A&1\text{ à }2A&\text{Quelques}\\200KA& & & & &nA\\\hline \end{array}$$

II. Mesure de l'intensité du courant électrique

1. Représentation des ampèremètres

L'ampèremètre est un appareil qui permet de mesurer l'intensité du courant électrique.
 
On distingue deux types d'ampèremètres :
 
$-\ $les ampèremètres à aiguilles
 
$-\ $les ampèremètres numériques (ou digitaux)
 
 
 
Pour mesurer des courants d'intensité très faible ou déceler simplement le passage du courant électrique on utilise le galvanomètre
   
L'ampèremètre est schématisé par le symbole : 
 
 
 
L'ampèremètre comporte deux parties essentielles :
 
$-\ $un cadran
 
$-\ $des calibres $(3A.\quad 1A\ldots etc)$
 
Le calibre d'un ampèremètre indique l'intensité maximale pour laquelle l'aiguille est en fin de course
 
$-\ $des divisions

2. Branchement et précautions

2.1. Branchement

Pour mesurer l'intensité du courant électrique qui traverse un dipôle $D$ placé dans un circuit
 
On ouvre :
 
$-\ $le circuit immédiatement avant (ou après) $D$ et on intercale l'ampèremètre
 
$-\ $l'ampèremètre et le dipôle $D$ sont en série.
 
 
De nombreux appareils ampèremètres sont polarisés. 
 
Le courant électrique doit entrer dans l'ampèremètre par la borne positive et sortir par la borne négative.

2.2. Précaution

Lors d'une mesure il est important pour ne pas détériorer l'ampèremètre d'essayer d'abord les calibres les plus élevés, on effectuera ensuite la mesure avec le calibre qui donne la déviation la plus nette.

3. Lecture et intensité de mesure

3.1. Lecture

Les grandeurs déviation $n$ et l'intensité $I$ sont proportionnelles et on associe
$$\text{Calibre}\longrightarrow N\text{ avec }N\ :\ \text{nombre total de divisions}\\1\longrightarrow n\text{ avec }n\ :\ \text{nombre de divisions lues}$$
$$I=\text{Calibre}\times\dfrac{n}{N}$$

Exemple

Le cadran d'ampèremètre comporte $100$ décisions équidistantes on l'utilise sur le calibre $300mA.$
 
Quelle est la valeur de l'intensité du courant quand l'aiguille s'arrête sur la division $80.$                                                                           

Solution

                                                                             
La valeur de l'intensité du courant 
 
$I=\text{Calibre}\times\dfrac{n}{N}=300\times\dfrac{80}{100}\Rightarrow I=240mA$

Remarque :

Dans le cas des ampèremètres digitaux la valeur de l'intensité du courant est affichée directement Incertitude de mesure.

Classe

La classe de l'ampèremètre est une donnée technique du constructeur permettant d'évaluer l'incertitude absolue sur la mesure de l'intensité 
$$\Delta I=\text{Classe}\times\dfrac{\text{Calibre}}{100}$$

4. Présentation du résultat de la mesure de l'intensité

Par définition :

$I=I_{0}\pm\Delta I\quad\text{ou}\quad I=I_{0}-\Delta I\leq I\leq I_{0}+\Delta I$

III. Propriétés de l'intensité du courant électrique

1. Unicité de l'intensité du courant électrique dans un circuit en série

Voir schéma
 
 
 

1.1. Observation

Les ampèremètres $A_{1}$, $A_{2}$ et $A_{3}$ montrent les intensités $I_{1}$, $I_{2}$ et $I_{3}$ on constate que les ampèremètres indiquent la même valeur.
$$I_{1}=I_{2}=I_{3}=I$$
 
Mettre un dipôle supplémentaire en série dans le circuit produit une diminution de l'intensité.

1.2. Conclusion

$\blacktriangleright\ $Dans un circuit en série l'intensité du courant électrique est la même en tout point du circuit : c'est la loi de l'unicité de l'intensité du courant électrique.
 
$\blacktriangleright\ $Quand on ajoute un récepteur en série dans le circuit l'intensité du courant électrique diminue.

2. Loi des nœuds dans un circuit en dérivation

 
 

2.1. Observation

L'ampèremètre $A_{1}$ mesure l'intensité du courant dans la branche principale $A_{2}$ mesure l'intensité $I_{2}$ du courant dans une branche en dérivation et $A_{3}.$ 
 
L'intensité $I_{3}$ du courant dans une autre branche en dérivation
 
Nous constatons que $I_{2}+I_{3}=I_{1}$
 
Si l'on devise un dipôle il ne fonctionne pas et l'autre continue à fonctionner.

2.2. Conclusion

Dans un circuit en dérivation l'intensité du courant de la branche principale est égale à la somme des intensités des courants dans les branches en dérivation.
 
Ce résultat ne généralise également au cas où plusieurs courant arrivent au nœud et ou plusieurs courants partent.
 
La somme des intensités des courants qui arrivent à un nœud est égale à la somme des intensités des courants qui partent c'est la loi des nœuds.

3. Convention des signes : Intensité algébrique

Il est commode de considérer l'intensité comme une grandeur algébrique (surtout lorsqu'on étudie les courants variables)
 
On choisit arbitrairement un sens positif $(+)$ ce sens est indiqué par une flèche sur le circuit.
 
Lorsque le courant circule dans le sens positif son intensité est positive.
 
Lorsque le courant circule dans le sens négatif $(-)$ son intensité est négative.
 

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