Qu’est-ce que l’électricité ? Charge, courant et tension expliqués

L’électricité est la présence et le déplacement de charges électriques. Dans un conducteur métallique solide, les charges qui se déplacent sont des électrons libres ; dans un électrolyte, un plasma ou un semi-conducteur, d’autres porteurs de charge peuvent également circuler. L’analyse des circuits décrit ce déplacement par le courant conventionnel, une convention de signe qui va de la borne positive vers la borne négative à travers le circuit extérieur.

Charge et courant

La charge se mesure en coulombs (C). Le sens pratique du courant est le débit auquel la charge traverse un point donné : deux fois plus de charge dans le même temps correspond à deux fois plus de courant.

I = Q ÷ t

Le courant I en ampères est égal à la charge Q en coulombs divisée par le temps t en secondes ; 1 A = 1 C/s.

Worked example

Charge traversant une lampe

Problem. Une charge de 12 C traverse une lampe en 4 s. Quel est le courant ?

Solution. I = Q ÷ t = 12 C ÷ 4 s = 3 A.

Différence de potentiel et énergie

La tension, ou différence de potentiel, est l’énergie transférée par unité de charge entre deux points. Une source augmente l’énergie de la charge ; une charge utile laisse cette énergie quitter le circuit sous forme de chaleur, de lumière ou de travail mécanique.

V = W ÷ Q

La différence de potentiel V en volts est égale à l’énergie W en joules divisée par la charge Q en coulombs ; 1 V = 1 J/C.

Worked example

Tension à partir de l’énergie et de la charge

Problem. Une source transfère 24 J d’énergie à 2 C de charge. Quelle est la différence de potentiel ?

Solution. V = W ÷ Q = 24 J ÷ 2 C = 12 V.

Le courant est un débit ; il se mesure en série avec le circuit.
La tension est une différence entre deux points ; elle se mesure en parallèle.
La charge est conservée : elle n’est ni créée ni détruite, seulement déplacée.
Un trajet complet est nécessaire pour qu’un courant permanent circule.

Le courant conventionnel est une convention, pas une affirmation sur le sens de dérive des électrons. L’utiliser de façon cohérente garde les signes, les formules et les lectures d’appareil cohérents.

Key points.

Le courant est la charge par unité de temps : 1 A = 1 C/s.
La tension est l’énergie par unité de charge : 1 V = 1 J/C.
Le courant conventionnel circule du positif vers le négatif à l’extérieur de la source.
Un circuit exige une source, une charge utile et un trajet fermé.

Practice

Worked example

Une batterie de 12 V fournit 3 A pendant 60 s. La charge déplacée est Q = I × t = 180 C et l’énergie fournie est W = V × Q = 12 × 180 = 2160 J.