Chapitre 1 : Lois fondamentales de l'électrocinétique

Chapitre 1: Lois fondamentales de l'électrocinétique

Courant électrique

• Définition: un courant électrique est un mouvement d'ensemble de porteurs de charges électriques.
• Au niveau des métaux, les porteurs de charges sont les électrons libres (charge électrique de l'électron : -1,6 × 10^-19 C).
• Au niveau des solutions liquides (électrolytes), les porteurs de charges sont les ions (cations et anions).
• Sens conventionnel du courant électrique: le sens du mouvement des porteurs de charges positives (inverse du mouvement des électrons).
• Intensité du courant électrique (i): quantité d'électricité transportée par unité de temps (i = dq/dt).
• Unité: ampère (A) = C/s.

Loi des nœuds (1ère loi de Kirchhoff)

• La somme des intensités des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des intensités des courants sortant du nœud.

Tension électrique

• Définition: une tension électrique est une différence de potentiel électrique (ou d.d.p.) entre deux points.
• Potentiel électrique: défini à une constante près (référence: masse électrique ou terre).
• Tension électrique (uAB): grandeur algébrique (uAB = -uBA).

Loi des branches (2nd loi de Kirchhoff)

• La tension totale entre deux points d'un circuit électrique est égale à la somme des tensions intermédiaires.

Résistance électrique d'un conducteur ohmique

• Définition: R = ρ × l / S (ρ: résistivité électrique; l: longueur; S: section).
• La résistivité dépend de la nature du conducteur et de sa température.

Echelle des résistivités

• Les matériaux ont des résistivités différentes (Argent, cuivre, aluminium, etc.).
• Les isolants ont une grande résistivité (courant quasi nul).

Relation entre courant et tension

• Loi d'Ohm: U = R × I (R: résistance; I: intensité du courant).
• La loi d'Ohm traduit la dépendance de l'effet (le courant) à la cause (le champ électrique).

Puissance et énergie électrique

• Puissance électrique: p = u × i (W = V × A).
• Énergie électrique: dE = u × i × dt (J = V × A × s).
• Effet Joule: l'énergie électrique est convertie en énergie thermique (chaleur).
• Loi de Joule: p = R × i² = u² / R.

Électrocinétique

• L'électrocinétique est la partie de l'électricité qui étudie les circuits électriques.
• Elle s'intéresse au déplacement de l'électricité dans les milieux matériels, par opposition à l'électrostatique qui étudie les phénomènes et les lois relatives à l'électricité immobile.

Courant Électrique

• Définition : un courant électrique est un mouvement d'ensemble de porteurs de charges électriques.
• Les porteurs de charges sont les électrons libres dans les métaux (cuivre, aluminium, etc.) et les ions (cations et anions) dans les solutions liquides (électrolytes).
• Le sens conventionnel du courant électrique est le sens du mouvement des porteurs de charges positives.
• Intensité du courant électrique : i = dq/dt, où dq est la quantité d'électricité qui traverse la section du conducteur pendant la durée dt.

Loi des Nœuds (1ère Loi de Kirchhoff)

• Un nœud est un point de jonction de plusieurs conducteurs électriques.
• La somme des intensités des courants arrivant à un nœud est égale à la somme des intensités des courants sortant du nœud.

Tension Électrique

• Définition : une tension électrique est une différence de potentiel électrique (ou d.d.p.) entre deux points A et B : uAB = vA - vB.
• Le potentiel électrique est défini à une constante près.
• Unité : Volt (V).

Loi des Branches (2ème Loi de Kirchhoff)

• La tension totale entre deux points d'un circuit électrique est égale à la somme des tensions intermédiaires : uPN = uPA + uAB + uBC + uCN.
• Exemple : une pile de 9 V alimente une ampoule de 6 V à travers une résistance : uAB = 9 - 6 = +3 V.

Résistance Électrique d'un Conducteur Ohmique

• Définition : la résistance électrique d'un conducteur ohmique est égale à la résistivité électrique du conducteur multipliée par la longueur et divisée par la section : R = ρl/S.
• La constante σ, fonction de la nature du matériau, est la conductivité.

Echelle des Résistivités

• Remarques : un supraconducteur a une résistivité nulle (résistance nulle), et un isolant a une grande résistivité (courant quasi nul).
• Gamme de résistivité des matériaux : métaux (ex. argent, cuivre, aluminium), semi-conducteurs (ex. silicium, germanium), isolants (ex. verre, mica, eau).

Loi d'Ohm

• La densité de courant est reliée au champ électrique par la relation suivante : U = VA - VB = R * I.
• La loi d'Ohm peut être écrite sous la forme : u = Ri, où R est la résistance électrique (en ohm).
• La loi d'Ohm est valable dans les deux conventions : récepteur et générateur.