Électricité

Qu'est-ce que le courant électrique

Électricité - mouvement dirigé de particules chargées électriquement sous l'impact champ électrique... De telles particules peuvent être: dans les conducteurs - électrons, dans les électrolytes - ions (cations et anions), dans les semi-conducteurs - électrons et soi-disant "trous" ("conductivité des trous d'électrons"). Il existe également un «courant de polarisation», dont le flux est dû au processus de charge de la capacité, c'est-à-dire à une modification de la différence de potentiel entre les plaques. Aucun mouvement de particules ne se produit entre les plaques, mais le courant circule à travers le condensateur.

Dans la théorie des circuits électriques, le courant est considéré comme le mouvement dirigé des porteurs de charge dans un milieu conducteur sous l'action d'un champ électrique.

Le courant de conduction (juste le courant) dans la théorie des circuits électriques est la quantité d'électricité circulant par unité de temps à travers la section transversale d'un fil : i = q /T, où i — courant. UN; q = 1,6·109 — charge électronique, С ; t — temps, s.

Cette expression est valable pour les circuits à courant continu. Pour les circuits à courant alternatif, les soi-disant Valeur instantanée du courant égale au taux de variation de charge dans le temps : i (t) = dq /dt.

La première condition pour l'existence à long terme d'un courant électrique du type considéré est la présence d'une source ou d'un générateur qui maintient la différence de potentiel entre les porteurs de charge. La deuxième condition est la fermeture de la route. En particulier, pour qu'un courant continu existe, il est nécessaire d'avoir un chemin fermé le long duquel les charges peuvent se déplacer dans le circuit sans changer de valeur.

Comme vous le savez, conformément à la loi de conservation des charges électriques, elles ne peuvent être ni créées ni détruites. Par conséquent, si un volume d'espace où circulent des courants électriques est entouré d'une surface fermée, le courant circulant dans ce volume doit être égal au courant qui en sort.

Plus à ce sujet : Conditions d'existence du courant électrique

Le chemin fermé par lequel circule un courant électrique est appelé circuit électrique ou circuit électrique. Circuit électrique — divisé en deux parties : la partie intérieure, dans laquelle les particules chargées électriquement se déplacent contre la direction des forces électrostatiques, et la partie extérieure, dans laquelle ces particules se déplacent dans la direction des forces électrostatiques. Les extrémités des électrodes auxquelles le circuit externe est connecté sont appelées pinces.

Ainsi, un courant électrique se produit lorsqu'un champ électrique apparaît sur une section d'un circuit électrique, ou une différence de potentiel entre deux points sur un fil. Différence de potentiel entre deux points circuit électrique sont appelés la tension ou la chute de tension dans cette section du circuit.

Au lieu du terme "courant" ("quantité de courant"), le terme "intensité du courant" est souvent utilisé.Cependant, ce dernier ne peut pas être qualifié de réussi, car l'intensité du courant n'est pas une force au sens littéral du terme, mais uniquement l'intensité du mouvement des charges électriques dans le conducteur, la quantité d'électricité passant par unité de temps à travers la croix- aire de section du conducteur.
Le courant est caractérisé intensité de courant, qui dans le système SI est mesuré en ampères (A), et la densité de courant, qui dans le système SI est mesurée en ampères par mètre carré.

Un ampère correspond au mouvement à travers la section transversale du fil en une seconde (s) d'une charge d'électricité d'une quantité d'un coulomb (C):

1A = 1C/s.

Dans le cas général, en désignant le courant par la lettre i et la charge q, on obtient :

je = dq / dt.

L'unité de courant s'appelle l'ampère (A).

Ampère (A) — l'intensité d'un courant continu qui, lorsqu'il traverse deux conducteurs rectilignes parallèles de longueur infinie et de section négligeable, situés dans le vide à une distance de 1 m l'un de l'autre, crée entre ces conducteurs 2·10 -7 H pour chaque mètre de longueur .

Le courant dans le fil est de 1 A si une charge électrique égale à 1 coulomb traverse la section du fil en 1 s.

Riz. 1. Mouvement directionnel des électrons dans un conducteur

Si une tension agit sur le fil, un champ électrique apparaît à l'intérieur du fil. Avec une intensité de champ E, une force f = Ee agit sur les électrons de charge e. Les grandeurs e et E sont des grandeurs vectorielles. Au cours du parcours libre, les électrons acquièrent un mouvement dirigé ainsi qu'un mouvement chaotique. Chaque électron a une charge négative et reçoit la composante de vitesse opposée au vecteur E (Fig. 1). Le mouvement ordonné, caractérisé par une certaine vitesse moyenne des électrons vcp, détermine la circulation du courant électrique.

Les électrons peuvent avoir un mouvement dirigé dans les gaz raréfiés. Dans les électrolytes et les gaz ionisés, le courant est principalement dû au mouvement des ions. Conformément au fait que les ions chargés positivement se déplacent du pôle positif au pôle négatif dans les électrolytes, historiquement, la direction du courant a été supposée être opposée à la direction du flux d'électrons.

La direction du courant est considérée comme la direction dans laquelle les particules chargées positivement se déplacent, c'est-à-dire direction opposée au mouvement des électrons.
Dans la théorie des circuits électriques, la direction du courant dans un circuit passif (en dehors des sources d'énergie) est considérée comme la direction du mouvement des particules chargées positivement d'un potentiel supérieur à un potentiel inférieur. Cette direction a été prise au tout début du développement de l'électrotechnique et contredit la véritable direction du mouvement des porteurs de charge - les électrons se déplaçant dans les milieux conducteurs du moins au plus.

Le sens du courant électrique dans l'électrolyte et des électrons libres dans le conducteur

La quantité égale au rapport du courant sur la section transversale S est appelée la densité de courant : I / S

Dans ce cas, on suppose que le courant est uniformément réparti sur la section du fil. La densité de courant dans les fils est généralement mesurée en A / mm2.

Selon le type de porteurs de charges électriques et le milieu de leur mouvement, ils sont divisés en courants conducteurs et courants de déplacement... La conductivité est divisée en électronique et ionique. Pour les modes stationnaires, on distingue deux types de courants : continu et alternatif.

Le transfert de choc électrique est appelé le phénomène de transfert de charges électriques à partir de particules chargées ou de corps se déplaçant dans l'espace libre.Le principal type de transfert de courant électrique est le mouvement dans la cavité de particules élémentaires chargées (le mouvement des électrons libres dans les tubes électroniques), le mouvement des ions libres dans les dispositifs à décharge gazeuse.

Courant de déplacement (courant de polarisation) appelé mouvement ordonné de porteurs de charges électriques associés. Ce type de courant peut être observé dans les diélectriques.

Courant électrique total - une valeur scalaire égale à la somme du courant de conduction électrique, du courant de transfert électrique et du courant de déplacement électrique à travers la surface considérée.

La constante est appelée un courant qui peut changer d'amplitude, mais ne change pas de signe pendant une durée arbitrairement longue. En savoir plus ici : CC

Courant magnétisant - un courant microscopique constant (ampère), qui est la raison de l'existence d'un champ magnétique intrinsèque de substances magnétisées.

Variables appelées courant qui change périodiquement à la fois en amplitude et en signe. La grandeur caractérisant le courant alternatif est la fréquence (dans le système SI, elle est mesurée en hertz), au cas où son intensité change périodiquement.

Un courant alternatif à haute fréquence est déplacé sur la surface du fil. Les courants haute fréquence sont utilisés en mécanique pour le traitement thermique des surfaces de pièces et le soudage, en métallurgie pour la fusion des métaux. Les courants alternatifs sont divisés en sinusoïdal et non sinusoïdal… Un courant sinusoïdal est un courant qui change selon une loi harmonique :

i = sin poids,

où je suis, - valeur de courant de crête (la plus élevée), Ah,

Le taux de variation du courant alternatif est caractérisé par sa fréquence, défini comme le nombre d'oscillations répétitives complètes par unité de temps.La fréquence est désignée par la lettre f et est mesurée en hertz (Hz). Ainsi, une fréquence de courant secteur de 50 Hz correspond à 50 oscillations complètes par seconde. La fréquence angulaire w est le taux de variation du courant en radians par seconde et est liée à la fréquence par une relation simple :

w = 2pi f

Les valeurs stationnaires (fixes) des courants continus et alternatifs signifient avec la lettre majuscule I les valeurs non stationnaires (instantanées) - avec la lettre i. Habituellement, le sens positif du courant est le sens de déplacement des charges positives.

Courant alternatif C'est un courant qui évolue selon la loi sinusoïdale dans le temps.

Par courant alternatif, on entend également le courant dans les réseaux conventionnels monophasés et triphasés. Dans ce cas, les paramètres du courant alternatif changent selon la loi harmonique.

Étant donné que le courant alternatif change avec le temps, des solutions simples adaptées aux circuits à courant continu ne sont pas directement applicables ici. À des fréquences très élevées, les charges peuvent osciller - circuler d'un endroit du circuit à un autre et vice-versa. Dans ce cas, contrairement aux circuits à courant continu, les courants dans les fils connectés en série peuvent être inégaux.

Les capacités présentes dans les circuits AC renforcent cet effet. De plus, lorsque le courant change, des effets d'auto-induction se font sentir, qui deviennent importants même aux basses fréquences si des bobines à haute inductance sont utilisées.

À des fréquences relativement basses, le circuit AC peut toujours être calculé en utilisant Les règles de Kirchhoffqui doit cependant être modifié en conséquence.

Un circuit contenant diverses résistances, inductances et condensateurs peut être considéré comme une résistance, un condensateur et une inductance généralisés connectés en série.

Considérez les propriétés d'un tel circuit connecté à un générateur de courant alternatif sinusoïdal. Pour formuler les règles de calcul des circuits alternatifs, vous devez trouver la relation entre la chute de tension et le courant pour chacun des composants d'un tel circuit.

Condenseur joue des rôles complètement différents dans les circuits AC et DC. Si, par exemple, une cellule électrochimique est connectée au circuit, alors le condensateur commencera à se chargerjusqu'à ce que la tension devienne égale à la force électromotrice de l'élément. Ensuite, la charge s'arrêtera et le courant tombera à zéro.

Si le circuit est connecté à un alternateur, alors dans un demi-cycle, les électrons s'écouleront de la plaque gauche du condensateur et s'accumuleront à droite, et dans l'autre - vice versa.

Ces électrons en mouvement constituent un courant alternatif dont l'intensité est égale de part et d'autre du condensateur. Tant que la fréquence AC n'est pas très élevée, le courant traversant la résistance et l'inductance est également le même.

Dans les appareils consommant du courant alternatif, le courant alternatif est souvent redressé redresseurs pour obtenir du courant continu.

Conducteurs pour le courant électrique

Le courant électrique sous toutes ses formes est un phénomène cinétique, analogue à l'écoulement des fluides dans les systèmes hydrauliques fermés. Par analogie, le processus de déplacement du courant est appelé «flux» (flux de courant).

Le matériau dans lequel circule le courant s'appelle conducteur… Certains matériaux entrent en supraconductivité à basse température. Dans cet état, ils ne présentent presque aucune résistance au courant, leur résistance tend vers zéro.

Dans tous les autres cas, le conducteur résiste au passage du courant et, par conséquent, une partie de l'énergie des particules électriques est convertie en chaleur.L'ampérage peut être calculé par Loi d'Ohm pour la section transversale du circuit et la loi d'Ohm pour l'ensemble du circuit.

La vitesse de déplacement des particules dans les fils dépend du matériau du fil, de la masse et de la charge de la particule, de la température de l'environnement, de la différence de potentiel appliquée et est bien inférieure à la vitesse de la lumière. Or, la vitesse de propagation du courant électrique lui-même est égale à la vitesse de la lumière dans un milieu donné, c'est-à-dire la vitesse de propagation du front d'une onde électromagnétique.

Comment l'électricité affecte le corps humain

Le courant traversant le corps humain ou animal peut provoquer des brûlures électriques, une fibrillation ou la mort. D'autre part, le courant électrique est utilisé en réanimation, pour traiter les maladies mentales, en particulier la dépression, la stimulation électrique de certaines zones du cerveau est utilisée pour traiter des maladies telles que la maladie de Parkinson et l'épilepsie, un stimulateur cardiaque qui stimule un muscle cardiaque avec des impulsions courant est utilisé pour la bradycardie. Chez les humains et les animaux, le courant est utilisé pour transmettre l'influx nerveux.

Pour des raisons de sécurité, le courant minimum de réception pour une personne est de 1 mA. Le courant devient dangereux pour la vie d'une personne à partir d'une intensité d'environ 0,01 A. Le courant devient mortel pour une personne à partir d'une intensité d'environ 0,1 A. Une tension inférieure à 42 V est considérée comme sûre.