9 : Courant et résistance
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Dans ce chapitre, nous étudions le courant électrique à travers un matériau, où le courant électrique est le débit de charge. Nous examinons également une caractéristique des matériaux connue sous le nom de résistance. La résistance est une mesure de la mesure dans laquelle un matériau entrave le flux de charge, et il sera démontré que la résistance dépend de la température. En général, un bon conducteur, tel que le cuivre, l'or ou l'argent, présente une très faible résistance. Certains matériaux, appelés supraconducteurs, n'ont aucune résistance à de très basses températures.
- 9.1 : Prélude au courant et à la résistance
- Des courants élevés sont nécessaires au fonctionnement des électroaimants. Les supraconducteurs peuvent être utilisés pour fabriquer des électroaimants 10 fois plus résistants que les électroaimants classiques les plus puissants. Ces aimants supraconducteurs sont utilisés dans la construction de dispositifs d'imagerie par résonance magnétique (IRM) qui peuvent être utilisés pour créer des images à haute résolution du corps humain. Les aimants supraconducteurs ont de nombreuses autres utilisations.
- 9.2 : Courant électrique
- Le courant électrique instantané, ou simplement le courant I, est la vitesse à laquelle la charge circule. La direction du courant conventionnel est considérée comme la direction dans laquelle se déplace la charge positive. Dans un circuit à courant continu (DC) simple, cela se fera de la borne positive de la batterie à la borne négative. L'unité SI pour le courant est l'ampère (l'ampli). Le courant est constitué du flux de charges libres, telles que des électrons, des protons et des ions.
- 9.3 : Modèle de conduction dans les métaux
- Le courant qui traverse un conducteur dépend principalement du mouvement des électrons libres. Lorsqu'un champ électrique est appliqué à un conducteur, les électrons libres qui s'y trouvent ne se déplacent pas à travers le conducteur à une vitesse et dans une direction constantes ; au contraire, le mouvement est presque aléatoire en raison de collisions avec des atomes et d'autres électrons libres. Bien que les électrons se déplacent de façon quasi aléatoire, lorsqu'un champ électrique est appliqué, la vitesse globale des électrons peut être définie en termes de vitesse de dérive.
- 9.4 : Résistivité et résistance
- Lorsqu'une source de tension est connectée à un conducteur, elle applique une différence de potentiel V qui crée un champ électrique. Le champ électrique, à son tour, exerce une force sur les charges libres, provoquant du courant. La quantité de courant dépend non seulement de l'amplitude de la tension, mais également des caractéristiques du matériau traversé par le courant. Le matériau peut résister au flux des charges, et la mesure de la résistance d'un matériau au flux de charges est connue sous le nom de résistivité.
- 9.5 : Loi d'Ohm
- De nombreux matériaux présentent une relation simple entre les valeurs de ces propriétés, connue sous le nom de loi d'Ohm. De nombreux autres matériaux ne montrent pas cette relation, donc bien qu'elle soit appelée loi d'Ohm, elle n'est pas considérée comme une loi de la nature, comme les lois de Newton ou les lois de la thermodynamique. Mais il est très utile pour les calculs impliquant des matériaux qui obéissent à la loi d'Ohm.
- 9.6 : Énergie et électricité électriques
- Dans un circuit électrique, l'énergie électrique est convertie en continu en d'autres formes d'énergie. Par exemple, lorsqu'un courant circule dans un conducteur, l'énergie électrique est convertie en énergie thermique à l'intérieur du conducteur. Le champ électrique, fourni par la source de tension, accélère les électrons libres, augmentant leur énergie cinétique pendant une courte période. Cette énergie cinétique accrue est convertie en énergie thermique par des collisions avec les ions de la structure en treillis du conducteur.
- 9.7 : Supraconducteurs
- Le transport d'énergie électrique engendre des pertes de ligne. Ces pertes de ligne existent, que l'énergie soit produite par des centrales électriques classiques (utilisant du charbon, du pétrole ou du gaz), des centrales nucléaires, des centrales solaires, des centrales hydroélectriques ou des parcs éoliens. Ces pertes peuvent être réduites, mais non éliminées, en transmettant à une tension plus élevée. Ce serait formidable si ces pertes de ligne pouvaient être éliminées, mais cela nécessiterait des lignes de transmission qui n'ont aucune résistance.