Circuit électrique concepts de base

Charge et courant

Le concept de charge électrique est le principe sous-jacent pour expliquer tous les phénomènes électriques. En outre, la quantité la plus élémentaire dans un circuit électrique est la charge électrique. Nous ressentons tous l'effet de la charge électrique lorsque nous essayons de retirer notre pull en laine et de le faire coller à notre corps ou de marcher sur un tapis et de recevoir un choc.

La charge est une propriété électrique des particules atomiques dont est constituée la matière, mesurée en coulombs (C)

Nous savons par la physique élémentaire que toute matière est composée de blocs de construction fondamentaux appelés atomes et que chaque atome est constitué d'électrons, de protons et de neutrons. Nous savons également que la charge e sur un électron est négative et de magnitude égale à C, tandis que un proton porte une charge positive de la même ampleur que l'électron. La présence d'un nombre égal de protons et d'électrons laisse un atome chargé de manière neutre

Les points suivants doivent être notés concernant la charge électrique:

1. Le coulomb est une grande unité de charges. Dans 1 C de charge, il y a :
   
2. Selon des observations expérimentales, les seules charges qui se produisent dans la nature sont des multiples entiers de la charge électronique :
   
3. La loi sur la conservation de la charge stipule que la charge ne peut ni être créé ni détruit, seulement transféré. Ainsi la somme algébrique des charges électriques dans un système ne change pas.

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Nous considérons maintenant le flux des charges électriques. Une caractéristique unique de la charge électrique ou de l'électricité est le fait qu'elle est mobile; c'est-à-dire qu'il peut être transféré d'un endroit à un autre, où il peut être converti en une autre forme d'énergie.

Lorsqu'un fil conducteur (composé de plusieurs atomes) est connecté à une batterie (une source de force électromotrice), les charges sont obligées de se déplacer; les charges positives se déplacent dans une direction tandis que les charges négatives se déplacent dans la direction opposée. Ce mouvement de charges crée un courant électrique. Il est classique de prendre le flux de courant comme le mouvement de charges positives. Autrement dit, à l'opposé du flux de charges négatives, comme l'illustre la figure 1.3.

Le courant électrique est le taux de changement de charge dans le temps, mesuré en ampères (A)

Mathématiquement, la relation entre le courant i, la charge q et le temps t est : 

où le courant est mesuré en ampères (A), et : 1 ampère 1 coulomb / seconde La charge transférée entre le temps et t est obtenue en intégrant les deux côtés de l'Eq. (1.1). On obtient :

La façon dont nous définissons le courant comme i dans l'Eq. (1.1) suggère que le courant n'a pas besoin d'être une fonction à valeur constante. Comme le suggèrent de nombreux exemples et problèmes de ce chapitre et des chapitres suivants, il peut y avoir plusieurs types de courant; c'est-à-dire que la charge peut varier avec le temps de plusieurs manières. Si le courant ne change pas avec le temps, mais reste constant, nous l'appelons un courant continu (dc).

Un courant continu (dc) est un courant qui reste constant dans le temps.

Par convention, le symbole I est utilisé pour représenter un tel courant constant. Un courant variant dans le temps est représenté par le symbole i. Une forme courante de courant variable dans le temps est le courant sinusoïdal ou courant alternatif (ac)

Un courant alternatif (ac) est un courant qui varie de façon sinusoïdale avec le temps.

La figure 1.4 montre le courant continu et le courant alternatif; ce sont les deux types de courant les plus courants. Nous considérerons d'autres types plus tard :