Qu’est-ce que le courant électrique ? Conditions d'existence du courant électrique : caractéristiques et actions. Qu'est-ce que le courant : caractéristiques et concepts de base Où est utilisé le courant électrique ?

N'entrez pas. Va tuer! (Avec)

L'alphabétisation moyenne de la population dans le domaine de l'électronique et de l'électrotechnique laisse beaucoup à désirer. Maximum, soudez le circuit, mais comment ça marche est une forêt sombre. Malheureusement, tous les manuels de langue russe regorgent de formules et d’intégrales qui endormiront n’importe qui. Dans la littérature de langue anglaise, les choses vont un peu mieux. Il existe des publications assez intéressantes, mais la pierre d'achoppement ici est la langue anglaise. J'essaierai de présenter les concepts de base du génie électrique aussi accessibles que possible, dans un style libre, non pas d'ingénieur à ingénieur, mais de personne à personne. Le lecteur averti peut également trouver des points intéressants pour lui-même.

Courant électrique

Les chemins du courant électrique sont mystérieux. (c) réflexions sur Internet

Pas vraiment. Tout peut être décrit d'une manière ou d'une autre à l'aide d'un modèle mathématique, d'une simulation ou même d'une estimation rapide sur un morceau de papier, et certaines personnes uniques le font dans leur tête. Selon ce qui vous convient le mieux. En fait, l’épigraphe de ce chapitre est née de l’ignorance de ce qu’est le courant électrique.

Le courant électrique est caractérisé par plusieurs paramètres. Tension U et courant I. Bien sûr, nous nous souvenons tous des définitions de la physique, mais peu de gens en comprennent la signification. Je vais commencer par la tension. Différence potentielle ou travail pour déplacer une charge, comme ils l'écrivent sèchement et sans intérêt dans les manuels. En fait, la tension est toujours mesurée entre deux points. Il caractérise la capacité à créer un courant électrique entre ces deux points. Appelons ces points une source de tension. Plus la tension est élevée, plus le courant est élevé. Moins de tension signifie moins de courant. Mais nous en reparlerons un peu plus tard.

Qu'est-ce qui est actuel ? Imaginez une analogie : le lit d'une rivière est constitué de fils, le courant électrique est la vitesse d'écoulement de l'eau dans la rivière. La tension ici est alors la différence de hauteur entre le point de départ de la rivière et le point d'arrivée. Ou la tension est une pompe qui entraîne l'eau si la rivière coule dans un seul plan. De telles analogies aux premières étapes sont très utiles pour comprendre ce qui se passe dans le circuit électrique. Mais en fin de compte, il vaut mieux y renoncer. Il est préférable de considérer le courant comme un flux d’électrons. La quantité de charge déplacée par unité de temps. Bien sûr, les manuels disent que les électrons se déplacent à une vitesse de plusieurs centimètres par minute et que seul le champ électromagnétique compte, mais oublions cela pour l’instant. Ainsi, le courant peut être compris comme le mouvement du courant électrique, c'est-à-dire charge. Les porteurs de charge, les électrons, sont chargés négativement et se déplacent d'un potentiel négatif à un potentiel positif, tandis que le courant électrique a une direction allant d'un potentiel positif à un potentiel négatif, du plus au moins, c'est habituel pour des raisons de commodité et c'est ainsi que nous l'utilisera à l'avenir, en oubliant la charge de l'électron.

Bien sûr, le courant lui-même n'apparaîtra pas, vous devez créer une tension entre deux points et vous avez besoin d'une sorte de charge pour faire circuler le courant, connectée à ces deux points. Il est très utile de connaître la propriété selon laquelle pour que le courant circule, vous avez besoin de deux conducteurs : direct, vers la charge, et inverse, de la charge à la source. Par exemple, si les conducteurs de la source de tension ne sont pas court-circuités, il n’y aura pas de courant.

Qu'est-ce qu'une source de tension ? Imaginons-le sous la forme d'une boîte noire avec au moins deux bornes de connexion. Les exemples les plus simples tirés de la vie réelle : une prise électrique, une batterie, un accumulateur, etc.

Une source de tension idéale a une tension constante lorsqu’un courant la traverse. Que se passe-t-il si vous fermez les bornes d'une source de tension idéale ? Un courant infiniment grand circulera. En réalité, les sources de tension ne peuvent pas délivrer un courant infiniment grand car elles présentent une certaine résistance. Par exemple, les fils d'une prise de courant 220 V allant de la prise elle-même à la sous-station ont une résistance, bien que faible, mais assez perceptible. Les fils allant des sous-stations aux centrales électriques ont également une résistance. Il ne faut pas oublier l'impédance des transformateurs et des générateurs. Les batteries ont une résistance interne due à une réaction chimique interne qui a un taux d’occurrence fini.

Qu’est-ce que la résistance ? En général, ce sujet est assez vaste. Peut-être que je le décrirai dans l'un des prochains chapitres. En bref, il s'agit d'un paramètre reliant le courant et la tension. Il caractérise la quantité de courant qui circule lorsqu'une tension est appliquée à cette résistance. Si nous parlons par analogie avec « l’eau », alors la résistance est un barrage sur le chemin d’une rivière. Plus le trou du barrage est petit, plus la résistance est grande. Cette relation est décrite par la loi d'Ohm : . Comme on dit : « Si vous ne connaissez pas la loi d’Ohm, restez chez vous ! »

Connaissant la loi d'Ohm, sans rester à la maison et disposer d'une source de courant avec une tension et une résistance données sous la forme d'une charge, nous pouvons prédire très précisément quel courant circulera.
Les sources de tension réelles ont une sorte de tension interne et fournissent un certain courant fini, appelé courant de court-circuit. Dans le même temps, les piles et les accumulateurs se déchargent également avec le temps et présentent une résistance interne non linéaire. Mais oublions cela aussi pour l’instant, et voici pourquoi. Dans les circuits réels, il est plus pratique d'effectuer une analyse en utilisant des valeurs instantanées momentanées de tension et de courant, nous considérerons donc les sources de tension comme idéales. Sauf lorsqu'il faut calculer le courant maximum que la source est capable de délivrer.

À propos de l’analogie « eau » du courant électrique. Comme je l'ai déjà écrit, ce n'est pas très vrai, puisque la vitesse de la rivière avant et après le barrage sera différente, et la quantité d'eau avant et après le barrage sera également différente. Dans les circuits réels, le courant électrique entrant dans la résistance et qui en sortant sera égal. Le courant dans le fil aller, vers la charge, et dans le fil retour, de la charge vers la source, est également égal l'un à l'autre. Le courant ne vient de nulle part et ne va nulle part ; la quantité qui « circule » dans le nœud du circuit est la même que celle qui « sort », même s'il y a plusieurs chemins. Par exemple, s'il existe deux chemins pour le courant provenant d'une source, alors il circulera le long de ces chemins et le courant total de la source sera égal à la somme des deux courants. Et ainsi de suite. Ceci est une illustration de la loi de Kirchhoff. C'est très simple.

Il existe également deux règles plus importantes. Lors de la connexion d'éléments en parallèle, la tension dans chaque élément est la même. Par exemple, les tensions aux bornes des résistances R2 et R3, dans la figure ci-dessus, sont les mêmes, mais les courants peuvent être différents si les résistances ont des résistances différentes, selon la loi d'Ohm. Le courant traversant la batterie est égal au courant traversant la résistance R1 et égal à la somme des courants traversant les résistances R2 et R3. Lorsqu'ils sont connectés en série, les tensions des éléments s'additionnent. Par exemple, la tension produite par la batterie, c'est-à-dire sa FEM est égale à la tension aux bornes de la résistance R1 + la tension aux bornes de la résistance R2 ou R3.

Comme je l'ai déjà écrit, la tension est toujours mesurée entre deux points. Parfois dans la littérature on peut trouver : « La tension en tel ou tel point ». Cela signifie la tension entre ce point et le point de potentiel zéro. Vous pouvez créer un point de potentiel zéro, par exemple en mettant le circuit à la terre. Habituellement, le circuit est mis à la terre au potentiel le plus négatif à proximité de la source d'alimentation, par exemple, comme dans la figure ci-dessus. Certes, cela n'arrive pas toujours et l'utilisation du zéro est assez conditionnelle, par exemple, si nous avons besoin d'une alimentation bipolaire +15 et -15 volts, alors nous devons « mettre à la terre » non pas -15 V, mais le potentiel au milieu. Si nous mettons -15V à la terre, alors nous obtenons 0, +15, +30V. Voir les photos ci-dessous.

La mise à la terre est également utilisée comme terrain de protection ou de travail. La mise à la terre de protection est appelée mise à la terre. Si l'isolation du circuit est rompue dans une autre zone que la terre, un courant important circulera à travers le fil neutre et une protection se déclenchera, ce qui éteindra une partie du circuit. Nous devons assurer une protection à l'avance en plaçant un disjoncteur ou un autre dispositif sur le chemin du courant.

Parfois, il est impossible ou impossible de « mettre à la terre » un circuit. Au lieu de terre, le terme point commun ou zéro est utilisé. Les tensions dans de tels circuits sont indiquées par rapport à un point commun. De plus, tout le circuit est relatif au sol, c'est-à-dire le potentiel zéro peut être situé n’importe où. Voir photo.

Typiquement, Xv est proche de 0 volt. De tels circuits non mis à la terre, d'une part, sont plus sûrs, car si une personne touche le circuit et la terre en même temps, aucun courant ne circulera, car il n’y a pas de chemin inverse pour le flux de courant. Ceux. le circuit deviendra « ancré » à travers la personne. Mais d’un autre côté, de tels projets sont délicats. Si l’isolation du circuit par rapport à la terre est soudainement rompue à un moment donné, nous ne le saurons pas. Ce qui peut être dangereux aux hautes tensions Xv.

En général, la terre est un terme plutôt large et vague. Il existe de nombreux termes et noms pour la mise à la terre, selon l'endroit où « mettre à la terre » le circuit. La terre peut être comprise à la fois comme une terre de protection et une terre de travail (en fonction du flux de courant qui la traverse pendant le fonctionnement normal), à la fois une terre de signal et une terre d'alimentation (en fonction du type de courant), à la fois une terre analogique et une terre numérique (en fonction de la type de signal) . La terre peut être comprise comme un point commun, ou vice versa, le point commun peut être compris comme la terre ou être elle. De plus, tous les terrains peuvent être présents dans le projet en même temps. Il faut donc regarder le contexte. Il existe même une image aussi amusante dans la littérature étrangère, voir ci-dessous. Mais généralement la masse est le circuit 0 volt et c'est le point à partir duquel le potentiel du circuit est mesuré.

Jusqu'à présent, lorsque j'évoquais la source de tension, je n'évoquais pas le type de cette tension elle-même. Il y a des tensions qui changent avec le temps et il y a des tensions qui ne changent pas. Ceux. variables et constantes. Par exemple, la tension qui varie selon une loi sinusoïdale est bien connue de tous ; il s'agit de la tension du réseau 220V dans les prises domestiques. Il est très simple de travailler avec une tension constante ; nous l’avons déjà fait ci-dessus en examinant la loi de Kirchhoff. Mais que faire de la tension alternative et comment la prendre en compte ?

La figure montre plusieurs périodes de tension alternative 220V 50Hz (ligne bleue). La ligne rouge est une tension constante de 220 V, à titre de comparaison.

Définissons d’abord ce qu’est une tension de 220 V ; d’ailleurs, selon la nouvelle norme, elle est censée être considérée comme 230 V. Il s'agit de la valeur de tension efficace. La valeur de l'amplitude sera 2 fois supérieure et sera d'environ 308 V. La valeur efficace est la valeur de tension à laquelle, pendant la période de courant alternatif, la même quantité de chaleur est libérée dans le conducteur qu'avec un courant continu de même tension. En termes mathématiques, il s’agit de la valeur quadratique moyenne de la tension. Dans la littérature anglaise, le terme RMS est utilisé et les instruments qui mesurent la véritable valeur efficace sont marqués « true RMS ».

À première vue, cela peut sembler gênant, une sorte de valeur efficace, mais c'est pratique pour les calculs de puissance sans avoir besoin de conversion de tension.

Il est également pratique de considérer la tension alternative comme une tension constante prise à tout moment. Analysez ensuite le circuit plusieurs fois, en changeant le signe de la tension constante en sens inverse. Considérons d’abord le fonctionnement du circuit avec une tension positive constante, puis changez le signe du positif au négatif.
La tension alternative nécessite également deux fils. Ils sont appelés phase et zéro. Parfois, le zéro est mis à la terre. Un tel système est dit monophasé. La tension de phase est mesurée par rapport à zéro et change avec le temps, comme le montre la figure ci-dessus. Avec une tension demi-onde positive, le courant circule de la phase vers la charge active et revient de la charge via le fil neutre. Avec une alternance négative, le courant traverse le fil neutre et revient par le fil de phase.

Les réseaux triphasés sont largement utilisés dans l'industrie. Il s'agit d'un cas particulier des systèmes multiphasés. Essentiellement, tout est identique à un système monophasé, seulement multiplié par 3, c'est-à-dire l'utilisation de trois phases et de trois terrains simultanément. Inventé pour la première fois par N. Tesla, puis amélioré par M. O. Dolivo-Dobrovolsky. L'amélioration était que pour transmettre le courant électrique triphasé, il était possible de jeter des fils supplémentaires ; quatre suffisaient : trois phases ABC et un fil neutre, ou trois phases au total, abandonnant le zéro. Le fil neutre est très souvent mis à la terre. Dans la figure ci-dessous, zéro est commun.

Pourquoi 3 phases, ni plus, ni moins ? D'une part, 3 phases sont garanties pour créer un champ magnétique tournant, si nécessaire à la rotation des moteurs électriques ou reçu des générateurs des centrales électriques, d'autre part, c'est économiquement avantageux d'un point de vue matériel ; Moins n’est pas possible, mais plus n’est pas nécessaire.

Pour garantir la création d'un champ tournant dans un réseau triphasé, les phases de tension doivent être décalées les unes par rapport aux autres. Si nous prenons la période complète de tension à 360 degrés, alors 360/3 = 120 degrés. Ceux. la tension de chaque phase est décalée l'une par rapport à l'autre de 120 degrés. Voir photo ci-dessous.

Voici un graphique de la tension d'un réseau triphasé 380V au fil du temps. Comme le montre la figure, tout est comme avec un réseau monophasé, sauf qu'il y a plus de tensions. 380 V est ce qu'on appelle la tension de réseau linéaire Ul, c'est-à-dire tension mesurée entre deux phases. La figure montre un exemple de recherche de la valeur instantanée de Ul. Elle varie également selon une loi sinusoïdale. De plus, avec la tension linéaire, la phase Uph est distinguée. Elle est mesurée entre la phase et zéro. La tension de phase dans ce réseau triphasé est de 220V. Par tension de phase et de ligne, nous entendons bien entendu la tension efficace. La tension linéaire à phase est liée à la racine de trois.

La charge peut être connectée à un réseau triphasé de n'importe quelle manière - à la tension de phase : entre n'importe quelle phase et zéro, ou à la tension de ligne : entre deux phases. Si la charge est connectée à la tension de phase, ce schéma de connexion est appelé étoile. Il est montré ci-dessus. S'il s'agit de la tension secteur, alors la connexion est en triangle. Si la même charge est connectée aux tensions de ligne entre les trois phases, alors ces réseaux sont symétriques. Aucun courant ne circule dans le fil neutre dans les réseaux symétriques. Voir fig. ci-dessous. Les réseaux industriels sont également considérés comme conditionnellement symétriques. En règle générale, zéro n'est présent dans de tels réseaux, mais uniquement à des fins de protection. Parfois, il peut être totalement absent. Une image amusante du wiki illustre clairement comment le courant circule dans de tels réseaux.

Ceci conclut notre bref aperçu des réseaux électriques et de l’électricité. Peut-être qu'à l'avenir, j'expliquerai en détail comment fonctionnent une diode et un transistor, ce que sont une diode Zener, un thyristor et d'autres éléments. Écrivez ce qui vous intéresse.

Bibliographie

L'art de la conception de circuits, P. Horowitz. 2003.
MOTIFS DE MISE À LA TERRE. Un manuel circuit-système, Elya B. Joffe, Kai-Sang Lock.
Ressources wiki et Internet.

Aujourd'hui, il est difficile d'imaginer la vie sans un phénomène tel que l'électricité, mais l'humanité a appris il n'y a pas si longtemps à l'utiliser à ses propres fins. L'étude de l'essence et des caractéristiques de ce type particulier de matière a duré plusieurs siècles, mais même aujourd'hui, nous ne pouvons pas affirmer avec certitude que nous en savons absolument tout.

Le concept et l'essence du courant électrique

Le courant électrique, comme le montrent les cours de physique à l'école, n'est rien d'autre qu'un mouvement ordonné de particules chargées. Ces derniers peuvent être soit des électrons, soit des ions chargés négativement. On pense que ce type de matière ne peut apparaître que dans ce qu’on appelle les conducteurs, mais c’est loin d’être vrai. Le fait est que lorsque des corps entrent en contact, un certain nombre de particules de charges opposées apparaissent toujours, qui peuvent commencer à se déplacer. Dans les diélectriques, le libre mouvement des mêmes électrons est très difficile et nécessite d'énormes forces externes, c'est pourquoi on dit qu'ils ne conduisent pas le courant électrique.

Conditions d'existence du courant dans le circuit

Les scientifiques ont remarqué depuis longtemps que ce phénomène physique ne peut pas se produire et persister longtemps par lui-même. Les conditions d'existence du courant électrique comprennent plusieurs dispositions importantes. Premièrement, ce phénomène est impossible sans la présence d’électrons et d’ions libres, qui agissent comme transmetteurs de charge. Deuxièmement, pour que ces particules élémentaires commencent à se déplacer de manière ordonnée, il est nécessaire de créer un champ dont la principale caractéristique est la différence de potentiel entre tous les points de l'électricien. Enfin, troisièmement, un courant électrique ne peut exister longtemps que sous l'influence des forces coulombiennes, puisque les potentiels vont progressivement s'égaliser. C'est pourquoi certains composants sont nécessaires pour convertir différents types d'énergie mécanique et thermique. On les appelle généralement sources de courant.

Question sur les sources actuelles

Les sources de courant électrique sont des dispositifs spéciaux qui génèrent un champ électrique. Les plus importants d’entre eux sont les cellules galvaniques, les panneaux solaires, les générateurs et les batteries. caractérisés par leur puissance, leur productivité et leur durée de fonctionnement.

Courant, tension, résistance

Comme tout autre phénomène physique, le courant électrique présente un certain nombre de caractéristiques. Les plus importants d’entre eux sont sa force, sa tension et sa résistance. Le premier d'entre eux est une caractéristique quantitative de la charge qui traverse la section transversale d'un conducteur particulier par unité de temps. La tension (également appelée force électromotrice) n’est rien de plus que l’ampleur de la différence de potentiel grâce à laquelle une charge qui passe effectue une certaine quantité de travail. Enfin, la résistance est une caractéristique interne d’un conducteur, indiquant la force qu’une charge doit déployer pour le traverser.

Le courant électrique est le mouvement ordonné de particules chargées. Dans les solides, il s’agit du mouvement des électrons (particules chargées négativement) ; dans les corps liquides et gazeux, il s’agit du mouvement des ions (particules chargées positivement). De plus, le courant peut être constant ou alternatif, et ils ont des mouvements de charges électriques complètement différents. Afin de bien comprendre et maîtriser le sujet du mouvement du courant dans les conducteurs, vous devez peut-être d'abord comprendre plus en détail les bases de l'électrophysique. C'est par là que je vais commencer.

Alors, comment le courant électrique circule-t-il en premier lieu ? On sait que les substances sont constituées d’atomes. Ce sont des particules élémentaires de matière. La structure de l'atome ressemble à notre système solaire, où le noyau de l'atome est situé au centre. Il est constitué de protons (particules électriques positives) et de neutrons (particules électriquement neutres) étroitement pressés les uns contre les autres. Les électrons (particules plus petites avec une charge négative) tournent autour de ce noyau à une vitesse énorme sur leurs orbites. Différentes substances ont différents nombres d'électrons et les orbites sur lesquelles ils tournent. Les atomes des solides possèdent ce qu’on appelle un réseau cristallin. C'est la structure d'une substance dans laquelle les atomes sont disposés les uns par rapport aux autres dans un certain ordre.

Où le courant électrique peut-il provenir ici ? Il s'avère que dans certaines substances (conducteurs de courant), les électrons les plus éloignés de leur noyau peuvent se détacher de l'atome et se déplacer vers un atome voisin. Ce mouvement des électrons est dit libre. Les électrons se déplacent simplement au sein d’une substance, d’un atome à un autre. Mais si un champ électromagnétique externe est connecté à cette substance (conducteur électrique), créant ainsi un circuit électrique, alors tous les électrons libres commenceront à se déplacer dans une direction. Il s'agit précisément du mouvement du courant électrique à l'intérieur d'un conducteur.

Voyons maintenant ce que sont les courants continu et alternatif. Ainsi, le courant continu se déplace toujours dans une seule direction. Comme indiqué au tout début, les électrons se déplacent dans les solides et les ions dans les corps liquides et gazeux. Les électrons sont des particules chargées négativement. Par conséquent, dans les solides, le courant électrique circule du moins vers le plus de la source d’énergie (les électrons se déplacent le long du circuit électrique). Dans les liquides et les gaz, le courant se déplace dans deux directions à la fois, ou plutôt simultanément, les électrons circulent vers le plus et les ions (les atomes individuels qui ne sont pas interconnectés par un réseau cristallin, ils sont chacun seuls) circulent vers le moins de la source d’alimentation.

Il a été officiellement admis par les scientifiques que le mouvement se produit du plus vers le moins (à l'opposé de ce qui se passe dans la réalité). Ainsi, d'un point de vue scientifique, il est correct de dire que le courant électrique se déplace du plus au moins, mais d'un point de vue réel (nature électrophysique), il est plus correct de croire que le courant circule du moins au plus (en solides). Cela a probablement été fait pour des raisons de commodité.

Maintenant, comme pour le courant électrique alternatif. Ici, tout est un peu plus compliqué. Si, dans le cas du courant continu, le mouvement des particules chargées n'a qu'une seule direction (physiquement, les électrons avec un signe moins circulent vers le plus), alors avec le courant alternatif, la direction du mouvement change périodiquement dans le sens opposé. Vous avez probablement entendu dire qu'un réseau électrique urbain ordinaire a une tension alternative de 220 volts et une fréquence standard de 50 hertz. Ces 50 hertz indiquent donc qu'en une seconde, le courant électrique parvient à parcourir 50 fois un cycle complet ayant une forme sinusoïdale. En fait, en une seconde, la direction du courant change jusqu'à 100 fois (elle change deux fois en un cycle).

P.S. La direction du courant dans les circuits électriques est importante. Dans de nombreux cas, si le circuit est conçu pour un sens de courant et que vous le changez accidentellement dans le sens opposé ou que vous connectez du courant alternatif au lieu du courant continu, il est fort probable que l'appareil tombe simplement en panne. De nombreux semi-conducteurs fonctionnant dans des circuits peuvent se briser et griller lorsque le courant circule dans la direction opposée. Ainsi, lors du branchement de l’alimentation électrique, vous devez strictement respecter le sens du courant.

Un courant électrique se forme dans une substance uniquement s'il contient des particules chargées libres. La charge peut être présente initialement dans le milieu ou se former sous l'aide de facteurs externes (température, champ électromagnétique, ioniseurs). Le mouvement des particules chargées est chaotique en l'absence de champ électromagnétique, et lorsqu'elles sont connectées à deux points d'une substance, les différences de potentiel se transforment en différences dirigées - d'une substance à l'autre.

Concept, essence et manifestations du courant électrique

Définition 1

Le courant électrique est le mouvement ordonné et dirigé de particules chargées.

De telles particules peuvent être :

dans les gaz - ions et électrons,
dans les métaux - électrons,
dans les électrolytes – anions et cations,
dans le vide – électrons (sous certaines conditions),
dans les semi-conducteurs - trous et électrons (conductivité électron-trou).

Remarque 1

Cette définition est souvent utilisée. Le courant électrique est un courant de déplacement résultant d’une modification du champ électrique au fil du temps.

Le courant électrique peut s’exprimer sous les manifestations suivantes :

Chauffage des conducteurs. La génération de chaleur ne se produit pas dans les supraconducteurs.
Modifications de la composition chimique de certains conducteurs. Cette manifestation s’observe principalement dans les électrolytes.
Formation d'un champ électrique. Il apparaît dans tous les conducteurs sans exception.

Figure 1. Courant électrique - le mouvement ordonné des particules chargées. Author24 - échange en ligne de travaux d'étudiants

Classification du courant électrique

Définition 2

Le courant de conduction électrique est un phénomène dans lequel des particules chargées se déplacent dans les éléments macroscopiques d'un milieu particulier.

Le courant de convection est un phénomène dans lequel des corps chargés macroscopiques (par exemple, des gouttes de précipitations chargées) se déplacent.

Il existe des courants électriques continus, alternatifs et pulsés et leurs diverses combinaisons. Cependant, dans de telles combinaisons, le terme « électrique » est souvent omis.

Il existe plusieurs types de courant électrique :

Le courant continu est un courant dont l'amplitude et la direction varient légèrement dans le temps.
Le courant alternatif est un courant dont la direction et l’intensité changent progressivement avec le temps. Le courant alternatif fait référence à un courant qui n’est pas constant. Parmi toutes les variétés de courant alternatif, la principale est celle dont la valeur ne peut changer que selon une loi sinusoïdale. Le potentiel de chaque extrémité du conducteur change dans ce cas par rapport à l'autre extrémité alternativement du négatif au positif, et vice versa. En même temps, il traverse tous les potentiels intermédiaires. En conséquence, un courant se forme qui change continuellement de direction. En se déplaçant dans une direction, le courant augmente pour atteindre son maximum, appelé valeur d'amplitude. Après quoi il diminue, devient égal à zéro pendant une certaine période, après quoi le cycle reprend.
Le courant quasi-stationnaire est un courant alternatif qui évolue relativement lentement ; pour ses valeurs instantanées, les lois des courants continus sont satisfaites avec une précision suffisante. Des lois similaires sont les règles de Kirchhoff et la loi d'Ohm. Le quasi-stationnaire a donc la même force dans toutes les sections d'un réseau non ramifié. Lors du calcul des circuits d'un courant donné, des paramètres regroupés sont pris en compte. Les courants industriels quasi-stationnaires sont ceux dans lesquels la condition de quasi-stationnement le long de la ligne n'est pas satisfaite (sauf pour les courants dans les lignes de transmission longue distance).
Le courant alternatif haute fréquence est un courant électrique dans lequel la condition quasi stationnaire n’est plus respectée. Il traverse la surface du conducteur et circule autour de lui de tous les côtés. Cet effet est appelé effet peau.
Un courant pulsé est un courant électrique dont la direction reste constante et dont seule l’amplitude change.
Les courants de Foucault ou courants de Foucault sont des courants électriques fermés qui se trouvent dans un conducteur massif et surviennent lorsque le flux magnétique change. Sur cette base, les courants de Foucault sont inductifs. Plus le flux magnétique change rapidement, plus les courants de Foucault deviennent forts. Ils ne circulent pas le long de certains chemins le long des fils, mais sont enfermés dans le conducteur et forment des circuits en forme de vortex.

En raison de l'existence de courants de Foucault, l'effet cutané se produit lorsque le flux magnétique et le courant électrique alternatif se propagent le long de la couche superficielle du conducteur. En raison du chauffage par courants de Foucault, une perte d'énergie se produit, en particulier dans les noyaux des bobines AC. Pour réduire la perte d'énergie due aux courants de Foucault, on divise les fils magnétiques à courant alternatif en plaques séparées, isolées les unes des autres et situées perpendiculairement à la direction des courants de Foucault. De ce fait, les contours possibles de leurs trajectoires sont limités et l'ampleur de ces courants diminue rapidement.

Caractéristiques du courant électrique

Historiquement, la direction du mouvement des charges positives dans un conducteur coïncide avec la direction du courant. Si les porteurs naturels du courant électrique sont des électrons chargés négativement, alors la direction du courant sera opposée à la direction des particules chargées positivement.

La vitesse des particules chargées dépend directement de la charge et de la masse des particules, du matériau du conducteur, de la température de l'environnement extérieur et de la différence de potentiel appliquée. La vitesse de déplacement ciblée est une valeur nettement inférieure à la vitesse de la lumière. Les électrons se déplacent dans un conducteur en une seconde en raison d'un mouvement ordonné de moins d'un dixième de millimètre. Mais malgré cela, la vitesse de propagation du courant est égale à la vitesse de la lumière et à la vitesse de propagation du front des ondes électromagnétiques.

L'endroit où la vitesse de mouvement des électrons change après un changement de tension se déplace avec la vitesse de propagation de l'oscillation électromagnétique.

Principaux types de conducteurs

Les conducteurs, contrairement aux diélectriques, contiennent des porteurs libres de charges non compensées. Ils se déplacent sous l’influence de potentiels électriques et forment un courant électrique.

La caractéristique courant-tension ou, en d'autres termes, la dépendance du courant à la tension est la principale caractéristique d'un conducteur. Pour les électrolytes et les conducteurs métalliques, cela prend la forme la plus simple : l’intensité du courant est directement proportionnelle à la tension. C'est la loi d'Ohm.

Dans les métaux, les porteurs de courant sont des électrons de conduction, considérés comme un gaz d'électrons. Les propriétés quantiques d'un gaz dégénéré s'y manifestent clairement.

Le plasma est un gaz ionisé. Dans ce cas, la charge électrique est transférée à l’aide d’ions et d’électrons libres. Les électrons libres se forment sous l’influence des rayons ultraviolets et des rayons X ou de la chaleur.

Les électrolytes sont des systèmes et des substances solides ou liquides dans lesquels se trouve une concentration notable d'ions, qui provoque le passage du courant électrique. Au cours du processus de dissociation électrolytique, des ions se forment. La résistance des électrolytes diminue lorsqu'ils sont chauffés en raison d'une augmentation du nombre de molécules qui se décomposent en ions. Suite au passage du courant électrique à travers l'électrolyte, les ions se rapprochent des électrodes et sont neutralisés et se déposent sur elles.

Les lois physiques de l’électrolyse de Faraday déterminent la masse de substance libérée sur les électrodes. Il existe également un courant électrique d'électrons dans le vide, utilisé dans les dispositifs à faisceau d'électrons.

Électrons ou trous (conductivité électron-trou). Parfois, le courant électrique est également appelé courant de déplacement, qui résulte d'un changement du champ électrique au fil du temps.

Le courant électrique a les manifestations suivantes :

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Sous-titres

Classification

Si des particules chargées se déplacent à l'intérieur de corps macroscopiques par rapport à un milieu particulier, alors un tel courant est appelé électrique. courant de conduction. Si des corps chargés macroscopiques (par exemple, des gouttes de pluie chargées) se déplacent, alors ce courant est appelé convection .

Il existe des courants électriques continus et alternatifs, ainsi que différents types de courant alternatif. Dans de tels concepts, le mot « électrique » est souvent omis.

Courant continu - un courant dont la direction et l'amplitude ne changent pas dans le temps.

Courants de Foucault

Les courants de Foucault (courants de Foucault) sont « des courants électriques fermés dans un conducteur massif qui apparaissent lorsque le flux magnétique le pénétrant change », donc les courants de Foucault sont des courants induits. Plus le flux magnétique change rapidement, plus les courants de Foucault sont forts. Les courants de Foucault ne circulent pas le long de chemins spécifiques dans les fils, mais lorsqu'ils se referment dans le conducteur, ils forment des circuits de type vortex.

L'existence de courants de Foucault conduit à un effet de peau, c'est-à-dire au fait que le courant électrique alternatif et le flux magnétique se propagent principalement dans la couche superficielle du conducteur. L'échauffement des conducteurs par courants de Foucault entraîne des pertes d'énergie, notamment dans les noyaux des bobines AC. Pour réduire les pertes d'énergie dues aux courants de Foucault, on divise les circuits magnétiques à courant alternatif en plaques distinctes, isolées les unes des autres et situées perpendiculairement à la direction des courants de Foucault, ce qui limite les contours possibles de leurs trajets et réduit considérablement l'ampleur de ces courants. À très hautes fréquences, au lieu de ferromagnétiques, des magnétodiélectriques sont utilisés pour les circuits magnétiques dans lesquels, en raison de la très haute résistance, les courants de Foucault ne se produisent pratiquement pas.

Caractéristiques

Historiquement, il est admis que direction du courant coïncide avec la direction de déplacement des charges positives dans le conducteur. De plus, si les seuls porteurs de courant sont des particules chargées négativement (par exemple, des électrons dans un métal), alors la direction du courant est opposée à la direction du mouvement des particules chargées. .

Vitesse de dérive des électrons

La résistance aux radiations est provoquée par la formation d’ondes électromagnétiques autour d’un conducteur. Cette résistance dépend de manière complexe de la forme et de la taille du conducteur, ainsi que de la longueur de l'onde émise. Pour un seul conducteur droit, dans lequel partout le courant est de même direction et de même intensité, et dont la longueur L est nettement inférieure à la longueur de l'onde électromagnétique qu'il émet λ ( displaystyle lambda), la dépendance de la résistance en fonction de la longueur d'onde et du conducteur est relativement simple :

R = 3200 (L λ) (\displaystyle R=3200\left((\frac (L)(\lambda ))\right))

Le courant électrique le plus couramment utilisé avec une fréquence standard de 50 Hz correspond à une onde d'une longueur d'environ 6 000 kilomètres, c'est pourquoi la puissance de rayonnement est généralement négligeable par rapport à la puissance des pertes thermiques. Cependant, à mesure que la fréquence du courant augmente, la longueur de l’onde émise diminue et la puissance du rayonnement augmente en conséquence. Un conducteur capable d’émettre une énergie notable s’appelle une antenne.

Fréquence

Le concept de fréquence fait référence à un courant alternatif qui change périodiquement d’intensité et/ou de direction. Cela inclut également le courant le plus couramment utilisé, qui varie selon une loi sinusoïdale.

La période AC est la période de temps la plus courte (exprimée en secondes) pendant laquelle les changements de courant (et de tension) se répètent. Le nombre de périodes effectuées par le courant par unité de temps est appelé fréquence. La fréquence est mesurée en hertz, un hertz (Hz) correspondant à un cycle par seconde.

Courant de polarisation

Parfois, par commodité, la notion de courant de déplacement est introduite. Dans les équations de Maxwell, le courant de déplacement est présent à parts égales avec le courant provoqué par le mouvement des charges. L'intensité du champ magnétique dépend du courant électrique total, égal à la somme du courant de conduction et du courant de déplacement. Par définition, la densité de courant de polarisation j D → (\displaystyle (\vec (j_(D))))- quantité vectorielle proportionnelle au taux de changement du champ électrique E → (\displaystyle (\vec (E))) dans le temps :

j D → = ∂ E → ∂ t (\displaystyle (\vec (j_(D)))=(\frac (\partial (\vec (E)))(\partial t)))

Le fait est que lorsque le champ électrique change, ainsi que lorsque le courant circule, un champ magnétique est généré, ce qui rend ces deux processus similaires. De plus, une modification du champ électrique s’accompagne généralement d’un transfert d’énergie. Par exemple, lors de la charge et de la décharge d'un condensateur, malgré le fait qu'il n'y a pas de mouvement de particules chargées entre ses plaques, on parle d'un courant de déplacement qui le traverse, transférant une certaine énergie et fermant le circuit électrique d'une manière unique. Courant de polarisation je ré (\ displaystyle I_ (D)) dans un condensateur est déterminé par la formule :

I D = d Q d t = − C d U d t (\displaystyle I_(D)=(\frac ((\rm (d))Q)((\rm (d))t))=-C(\frac ( (\rm (d))U)((\rm (d))t))),

Où Q (style d'affichage Q)- charger sur les plaques du condensateur, U (style d'affichage U)- différence de potentiel entre les plaques, C (style d'affichage C)- capacité du condensateur.

Le courant de déplacement n’est pas un courant électrique car il n’est pas associé au mouvement d’une charge électrique.

Principaux types de conducteurs

Contrairement aux diélectriques, les conducteurs contiennent des porteurs libres de charges non compensées qui, sous l'influence d'une force, généralement une différence de potentiel électrique, se déplacent et créent un courant électrique. La caractéristique courant-tension (la dépendance du courant à la tension) est la caractéristique la plus importante d'un conducteur. Pour les conducteurs métalliques et les électrolytes, il a la forme la plus simple : l'intensité du courant est directement proportionnelle à la tension (loi d'Ohm).

Métaux - ici les porteurs de courant sont des électrons de conduction, qui sont généralement considérés comme un gaz d'électrons, présentant clairement les propriétés quantiques d'un gaz dégénéré.

Courants électriques dans la nature

Le courant électrique est utilisé comme vecteur de signaux de complexité et de types variables dans différents domaines (téléphone, radio, panneau de commande, bouton de verrouillage de porte, etc.).

Dans certains cas, des courants électriques indésirables apparaissent, comme des courants vagabonds ou des courants de court-circuit.

Utilisation du courant électrique comme vecteur d'énergie

obtenir de l'énergie mécanique dans toutes sortes de moteurs électriques,
obtenir de l'énergie thermique dans des appareils de chauffage, des fours électriques, lors de soudage électrique,
obtenir de l'énergie lumineuse dans les dispositifs d'éclairage et de signalisation,
excitation d'oscillations électromagnétiques d'ondes haute fréquence, ultra haute fréquence et radio,
recevoir du son,
obtention de diverses substances par électrolyse, chargement de batteries électriques. Ici, l'énergie électromagnétique est convertie en énergie chimique,
créer un champ magnétique (dans les électro-aimants).

Utilisation du courant électrique en médecine

diagnostics - les biocourants des organes sains et malades sont différents et il est possible de déterminer la maladie, ses causes et de prescrire un traitement. La branche de la physiologie qui étudie les phénomènes électriques dans le corps est appelée électrophysiologie.
- L'électroencéphalographie est une méthode permettant d'étudier l'état fonctionnel du cerveau.
- L'électrocardiographie est une technique d'enregistrement et d'étude des champs électriques pendant l'activité cardiaque.
- L'électrogastrographie est une méthode d'étude de l'activité motrice de l'estomac.
- L'électromyographie est une méthode d'étude des potentiels bioélectriques apparaissant dans les muscles squelettiques.
Traitement et réanimation : stimulation électrique de certaines zones du cerveau ; traitement de la maladie de Parkinson et de l'épilepsie, également pour l'électrophorèse. Un stimulateur cardiaque qui stimule le muscle cardiaque avec un courant pulsé est utilisé pour traiter la bradycardie et d'autres arythmies cardiaques.

Sécurité électrique

Comprend des mesures juridiques, socio-économiques, organisationnelles et techniques, sanitaires et hygiéniques, thérapeutiques et préventives, de réadaptation et autres. Les règles de sécurité électrique sont réglementées par des documents juridiques et techniques, un cadre réglementaire et technique. La connaissance des bases de la sécurité électrique est obligatoire pour le personnel assurant l'entretien des installations électriques et des équipements électriques. Le corps humain est conducteur de courant électrique. La résistance humaine avec une peau sèche et intacte varie de 3 à 100 kOhm.

Un courant traversant un corps humain ou animal produit les effets suivants :

thermique (brûlures, échauffement et lésions des vaisseaux sanguins) ;
électrolytique (décomposition du sang, perturbation de la composition physique et chimique) ;
biologique (irritation et excitation des tissus corporels, convulsions)
mécanique (rupture des vaisseaux sanguins sous l'influence de la pression de la vapeur obtenue par échauffement par le flux sanguin)

Le principal facteur déterminant l’issue d’un choc électrique est la quantité de courant traversant le corps humain. Selon les règles de sécurité, le courant électrique est classé comme suit :

sûr On considère un courant dont le long passage à travers le corps humain ne lui cause aucun dommage et ne provoque aucune sensation, sa valeur ne dépasse pas 50 μA (courant alternatif 50 Hz) et 100 μA en courant continu ;
peu perceptible le courant alternatif humain est d'environ 0,6 à 1,5 mA (courant alternatif 50 Hz) et 5 à 7 mA en courant continu ;
seuil ne pas lâcher prise est appelé le courant minimum d'une force telle qu'une personne n'est plus capable d'arracher ses mains de la partie conductrice de courant par la force de la volonté. Pour le courant alternatif, elle est d'environ 10 à 15 mA, pour le courant continu, elle est de 50 à 80 mA ;
seuil de fibrillation on parle d'intensité de courant alternatif (50 Hz) d'environ 100 mA et 300 mA de courant continu, à laquelle une exposition pendant plus de 0,5 s est susceptible de provoquer une fibrillation des muscles cardiaques. Ce seuil est également considéré comme conditionnellement mortel pour l'homme.

En Russie, conformément aux Règles d'exploitation technique des installations électriques des consommateurs et aux Règles de protection du travail lors de l'exploitation des installations électriques, 5 groupes de qualification pour la sécurité électrique ont été créés, en fonction des qualifications et de l'expérience de l'employé et la tension des installations électriques.