Intensité du courant électrique

Le cours

Intensité du courant électrique

I. Notion d'intensité du courant électrique

1. Rappel sur le courant électrique

Le courant électrique est un déplacement de charges électriques (électrons) dans un circuit.

Analogie avec l'eau : On peut comparer le courant électrique à l'eau qui coule dans un tuyau : - Les électrons = l'eau - Les fils = le tuyau - Le générateur = la pompe

2. Définition de l'intensité

L'intensité du courant électrique est la quantité d'électricité qui traverse une section du circuit par unité de temps.

Plus simplement : c'est le débit du courant électrique.

Analogie : - Faible intensité = petit filet d'eau - Forte intensité = gros débit d'eau

3. Unité de l'intensité

L'unité légale internationale de l'intensité du courant électrique est l'ampère, de symbole A.

Multiples et sous-multiples : - Kiloampère (kA) : 1 kA = 1000 A - Milliampère (mA) : 1 mA = 0,001 A = 10⁻³ A - Microampère (μA) : 1 μA = 0,000001 A = 10⁻⁶ A

Conversions courantes : - 0,5 A = 500 mA - 2,3 A = 2300 mA - 150 mA = 0,15 A

4. Ordres de grandeur

Intensités courantes : - Calculatrice : 0,001 A (1 mA) - Lampe de poche : 0,3 A (300 mA) - Téléphone portable en charge : 1 A - Lampe domestique 60W : 0,27 A - Fer à repasser : 4 A - Climatiseur : 10 A - Moteur de voiture au démarrage : 100 A

Danger pour l'homme : - À partir de 10 mA : sensation désagréable - 30 mA : danger, contraction musculaire - 50 mA et plus : danger mortel

II. Mesure de l'intensité : l'ampèremètre

1. L'ampèremètre

L'ampèremètre est l'appareil qui mesure l'intensité du courant électrique.

Types d'ampèremètres : - Ampèremètre à aiguille (analogique) - Ampèremètre numérique (digital)

2. Symbole normalisé

Dans un schéma électrique, l'ampèremètre est représenté par un cercle contenant la lettre A.

    ⊙
    A

3. Branchement de l'ampèremètre

RÈGLE ESSENTIELLE : L'ampèremètre se branche EN SÉRIE dans le circuit, à l'endroit où on veut mesurer l'intensité.

Pourquoi en série ? Pour que tout le courant qui circule dans le circuit passe aussi par l'ampèremètre.

Sens de branchement : - Borne COM (ou -) : du côté du pôle - du générateur - Borne A (ou +) : du côté du pôle + du générateur

Si on branche à l'envers : - Ampèremètre analogique : l'aiguille dévie dans le mauvais sens - Ampèremètre numérique : affiche un signe - devant la valeur

4. Réalisation d'un circuit avec ampèremètre

Matériel : - 1 pile plate 4,5 V - 1 lampe 3,5 V - 1 interrupteur - 1 ampèremètre - Fils de connexion

Montage :

+--[Pile]--[Interrupteur]--[A]--[Lampe]--+
|                                        |
+----------------------------------------+

Procédure : 1. Ouvrir le circuit à l'endroit où on veut mesurer 2. Insérer l'ampèremètre en respectant le sens 3. Choisir le bon calibre (commencer par le plus grand) 4. Fermer l'interrupteur 5. Lire la valeur affichée

5. Choix du calibre

Sur un ampèremètre, plusieurs calibres sont disponibles : - 10 A, 2 A, 500 mA, 200 mA, etc.

Méthode : 1. Commencer par le plus grand calibre (ex: 10 A) 2. Si l'intensité est trop faible, choisir un calibre plus petit 3. Le meilleur calibre est celui juste au-dessus de la valeur mesurée

Exemple : Si on mesure 0,35 A : - Calibre 10 A : possible mais peu précis - Calibre 2 A : bon choix ✓ - Calibre 500 mA : trop petit, risque de détérioration

III. Loi de l'intensité dans un circuit en série

1. Expérience

Montage :

+--[Pile]--[A₁]--[L₁]--[A₂]--[L₂]--[A₃]--+
|                                        |
+----------------------------------------+

Mesures : - I₁ mesuré par A₁ = 0,25 A - I₂ mesuré par A₂ = 0,25 A
- I₃ mesuré par A₃ = 0,25 A

Observation : Les trois ampèremètres indiquent la même valeur.

2. Loi de l'intensité en série

DANS UN CIRCUIT EN SÉRIE, L'INTENSITÉ DU COURANT EST LA MÊME EN TOUT POINT DU CIRCUIT.

Formule :

I₁ = I₂ = I₃ = ... = I

Analogie avec l'eau : Dans un tuyau, la même quantité d'eau qui entre ressort à l'autre bout. Le débit est constant.

Conséquences pratiques : - Si on ajoute des lampes en série, elles brillent moins (même intensité partagée) - Un seul ampèremètre suffit pour connaître l'intensité partout - Si une lampe grille, l'intensité devient nulle partout

3. Application numérique

Exemple : Dans un circuit en série, un ampèremètre placé après la pile indique 0,4 A.

Quelle est l'intensité : a) Aux bornes de la première lampe ? b) Aux bornes de la deuxième lampe ? c) Entre les deux lampes ?

Réponse : Selon la loi de l'intensité en série : I = 0,4 A partout a) 0,4 A b) 0,4 A c) 0,4 A

IV. Loi de l'intensité dans un circuit en dérivation

1. Expérience

Montage :

        +---[A₂]---[L₁]---+
        |                 |
+--[Pile]--[A₁]--+---[A₃]---[L₂]---+--[A₄]--+
|              |                 |         |
+----------------------------------------------+

Où : - A₁ mesure l'intensité avant la dérivation (branche principale) - A₂ mesure l'intensité dans la branche 1 - A₃ mesure l'intensité dans la branche 2 - A₄ mesure l'intensité après la dérivation (branche principale)

Mesures : - I₁ = 0,6 A (avant dérivation) - I₂ = 0,4 A (branche 1) - I₃ = 0,2 A (branche 2) - I₄ = 0,6 A (après dérivation)

Observations : - I₁ = I₄ = 0,6 A - I₂ + I₃ = 0,4 + 0,2 = 0,6 A = I₁

2. Loi des nœuds (ou loi de l'intensité en dérivation)

DANS UN CIRCUIT EN DÉRIVATION, L'INTENSITÉ DU COURANT DANS LA BRANCHE PRINCIPALE EST ÉGALE À LA SOMME DES INTENSITÉS DANS LES BRANCHES DÉRIVÉES.

Formule :

I(principale) = I₁ + I₂ + I₃ + ...

Ou au niveau d'un nœud :

I(qui arrive) = I(qui repart)

Analogie avec l'eau : Comme une rivière qui se divise en deux bras : le débit total est la somme des débits de chaque bras.

3. Application numérique

Exemple 1 : Dans un circuit en dérivation : - I(principale) = 1,2 A - I(branche 1) = 0,8 A - I(branche 2) = ?

Solution : I(principale) = I₁ + I₂ 1,2 = 0,8 + I₂ I₂ = 1,2 - 0,8 = 0,4 A

Exemple 2 : Trois lampes identiques en dérivation. L'intensité dans chaque lampe est 0,3 A. Quelle est l'intensité dans la branche principale ?

Solution : I(principale) = 0,3 + 0,3 + 0,3 = 0,9 A

V. Résumé des lois

Tableau récapitulatif

Conseils pour les exercices

Pour reconnaître le montage : - Série : un seul chemin pour le courant - Dérivation : plusieurs chemins possibles

Pour appliquer la loi : - Série : toutes les intensités sont égales - Dérivation : additionner les intensités qui se rejoignent

VI. Applications pratiques

1. Dimensionnement des installations

En Côte d'Ivoire, les installations électriques domestiques sont protégées par des disjoncteurs : - Cuisine : disjoncteur 20 A (pour les appareils puissants) - Chambres : disjoncteur 10 A (éclairage) - Prises : disjoncteur 16 A

2. Choix des fils électriques

Plus l'intensité est forte, plus le fil doit être gros : - Faible intensité (< 5 A) : fil 1,5 mm² - Intensité moyenne (< 16 A) : fil 2,5 mm² - Forte intensité (< 32 A) : fil 6 mm²

3. Sécurité électrique

Ne jamais : - Brancher trop d'appareils sur une même prise (risque de surcharge) - Utiliser des fils trop fins pour de fortes intensités (échauffement) - Court-circuiter un générateur (intensité très élevée → danger)

En cas de choc électrique : - Ne pas toucher la victime directement - Couper l'alimentation électrique - Appeler les secours (ambulance : 185)