Conditions d'existence du courant électrique

Pour commencer, répondons à la question de savoir ce qu'est le courant électrique. Une simple batterie de table ne génère pas de courant par elle-même. Et une lampe de poche posée sur une table ne créera pas de courant à travers ses LED comme ça sans aucune raison. Pour que le courant apparaisse, quelque chose doit circuler quelque part, au moins commencer à bouger, et pour cela le circuit des LED de la lampe torche et de la batterie doit se fermer. Ce n'est pas pour rien qu'autrefois le courant électrique était comparé au mouvement d'un certain liquide chargé.

En fait, on le sait maintenant électricité - c'est le mouvement dirigé des particules chargées, et qu'un analogue plus proche de la réalité serait un gaz chargé - un gaz de particules chargées se déplaçant sous l'action d'un champ électrique. Mais avant tout.

Le courant électrique est le mouvement dirigé de particules chargées

Ainsi, le courant électrique est le mouvement des particules chargées, mais même le mouvement chaotique des particules chargées est aussi un mouvement, mais toujours pas de courant.De même, les molécules de fluide qui sont en mouvement thermique tout le temps ne créent pas de courants car le déplacement total de tout le volume de fluide au repos est exactement nul.

Pour qu'un écoulement de fluide se produise, un mouvement global doit se produire, c'est-à-dire que le mouvement global des molécules de fluide doit devenir dirigé. Ainsi, le mouvement chaotique des molécules s'ajoutera au mouvement dirigé de tout le volume, et un écoulement de tout le volume de liquide se produira.

La situation est similaire avec le courant électrique - le mouvement dirigé de particules chargées électriquement est un courant électrique. La vitesse du mouvement thermique des particules chargées, par exemple dans le métal, est mesurée en centaines de mètres par seconde, mais en mouvement directionnel, lorsqu'un certain courant est établi dans le conducteur, la vitesse du mouvement général des particules est mesurée en parties et unités de millimètres par seconde.

Ainsi, si un courant continu égal à 10 A circule dans un fil métallique d'une section de 1 mm², la vitesse moyenne du mouvement ordonné des électrons sera de 0,6 à 6 millimètres par seconde. Ce sera déjà un choc électrique. Et ce mouvement lent des électrons suffit pour qu'un fil, par exemple, de nichrome, chauffe bien, obéissant La loi Joule-Lenz.

La vitesse des particules n'est pas la vitesse de propagation d'un champ électrique !

Notez que le courant démarre dans le fil presque instantanément dans tout le volume, c'est-à-dire que ce "mouvement" se propage le long du fil à la vitesse de la lumière, mais le mouvement des particules chargées elles-mêmes est 100 milliards de fois plus lent. Vous pouvez considérer l'analogie d'un tuyau avec un liquide qui le traverse.

Déplacement le long d'un tuyau de 10 mètres de long, par exemple de l'eau.La vitesse de l'eau n'est que de 1 mètre par seconde, mais le flux ne se propage pas à la même vitesse, mais beaucoup plus rapidement, et la vitesse de propagation dépend ici de la densité du liquide et de son élasticité. Ainsi, le champ électrique se propage le long du fil à la vitesse de la lumière et les particules commencent à se déplacer de 11 ordres de grandeur plus lentement. Voir également: Vitesse du courant électrique

1. Les particules chargées sont nécessaires à l'existence du courant électrique

Les électrons dans les métaux et dans le vide, les ions dans les solutions électrolytiques - servent de porteurs de charge et assurent la présence de courant dans diverses substances. Dans les métaux, les électrons sont très mobiles, certains d'entre eux peuvent se déplacer librement d'atome en atome, comme un gaz remplissant l'espace entre les nœuds d'un réseau cristallin.

Dans les tubes électroniques, les électrons quittent la cathode lors du rayonnement thermionique, se précipitant sous l'action d'un champ électrique vers l'anode. Dans les électrolytes, les molécules se décomposent dans l'eau en parties chargées positivement et négativement et deviennent des ions porteurs libres dans les électrolytes. Autrement dit, partout où un courant électrique peut exister, il existe des porteurs de charge libres qui peuvent se déplacer. champ électrique… C'est la première condition de l'existence du courant électrique — la présence de porteurs de charge libres.

2. La deuxième condition pour l'existence d'un courant électrique est que des forces extérieures doivent agir sur la charge

Si vous regardez maintenant un fil, disons que c'est un fil de cuivre, alors vous pouvez vous demander : que faut-il pour qu'un courant électrique s'y produise ? Il y a des particules chargées, des électrons, ils sont capables de se déplacer librement.

Qu'est-ce qui va les faire bouger ? Une particule chargée électriquement est connue pour interagir avec un champ électrique. Par conséquent, un champ électrique doit être créé dans le fil, puis un potentiel apparaîtra à chaque point du fil, il y aura une différence de potentiel entre les extrémités du fil et les électrons se déplaceront dans la direction du champ - dans la direction de «-» à «+», c'est-à-dire dans une direction opposée au vecteur d'intensité du champ électrique. Le champ électrique va accélérer les électrons, augmentant leur énergie (cinétique et magnétique).

En conséquence, si nous considérons un champ électrique simplement appliqué extérieurement au fil (nous avons placé le fil dans un champ électrique le long des lignes de force), alors les électrons s'accumuleront à une extrémité du fil et une charge négative apparaîtra à cette extrémité. extrémité, et puisque les électrons sont déplacés de l'autre extrémité du fil, alors il y aura une charge positive dessus.

En conséquence, le champ électrique d'un conducteur chargé par un champ électrique appliqué de l'extérieur sera dans une direction telle qu'il affaiblira le champ électrique externe de son action.

Le processus de redistribution des charges se poursuivra presque instantanément et après son achèvement, le courant dans le fil s'arrêtera. Le champ électrique résultant à l'intérieur du conducteur deviendra nul et la force aux extrémités sera égale en amplitude mais opposée en direction au champ électrique appliqué à l'extérieur.

Si le champ électrique dans le conducteur est créé par une source de courant continu, par exemple une batterie, alors une telle source deviendra une source de forces externes pour le conducteur, c'est-à-dire une source qui créera une FEM constante dans le conducteur et maintenir la différence de potentiel.Évidemment, pour que le courant soit maintenu par une source de force externe, le circuit doit être fermé.