9.S : Courant et résistance (résumé)

Termes clés

ampère (ampère)	unité SI pour le courant ;\(\displaystyle 1A=1C/s\)
circuit	chemin complet parcouru par un courant électrique
courant conventionnel	courant qui circule dans un circuit depuis la borne positive d'une batterie à travers le circuit jusqu'à la borne négative de la batterie
température critique	température à laquelle un matériau atteint la supraconductivité
densité de courant	flux de charge à travers une surface transversale divisée par la surface
diode	dispositif de circuit non ohmique qui permet au courant de circuler dans une seule direction
vitesse de dérive	vitesse d'une charge lorsqu'elle se déplace de manière quasi aléatoire à travers un conducteur, subissant de multiples collisions, moyenne sur une longueur d'un conducteur, dont l'amplitude est la longueur du conducteur parcourue divisée par le temps qu'il faut aux charges pour parcourir cette longueur
conductivité électrique	mesure de la capacité d'un matériau à conduire ou à transmettre de l'électricité
courant électrique	la vitesse à laquelle la charge s'écoule,\(\displaystyle I=\frac{dQ}{dt}\)
alimentation électrique	vitesse temporelle de variation de l'énergie dans un circuit électrique
Josephson Junction	jonction de deux pièces de matériau supraconducteur séparées par une fine couche de matériau isolant, pouvant être parcourue par un supercourant
Effet Meissner	phénomène qui se produit dans un matériau supraconducteur où tous les champs magnétiques sont expulsés
non ohmique	type de matériau pour lequel la loi d'Ohm n'est pas valide
ohm	(\(\displaystyle Ω\)) unité de résistance électrique,\(\displaystyle 1Ω=1V/A\)
ohmique	type de matériau pour lequel la loi d'Ohm est valide, c'est-à-dire que la chute de tension aux bornes de l'appareil est égale au courant multiplié par la résistance
Loi d'Ohm	relation empirique indiquant que le courant I est proportionnel à la différence de potentiel V ; elle s'écrit souvent comme\(\displaystyle V=IR\), où R est la résistance
résistance	propriété électrique qui gêne le courant ; pour les matériaux ohmiques, il s'agit du rapport entre la tension et le courant,\(\displaystyle R=V/I\)
résistivité	propriété intrinsèque d'un matériau, indépendante de sa forme ou de sa taille, directement proportionnelle à la résistance, désignée par\(\displaystyle ρ\)
schématique	représentation graphique d'un circuit utilisant des symboles normalisés pour les composants et des lignes continues pour le fil reliant les composants
CALAMAR	(Supraconductor Quantum Interference Device) qui est un magnétomètre très sensible, utilisé pour mesurer des champs magnétiques extrêmement subtils
supraconduction	phénomène qui se produit dans certains matériaux où la résistance atteint exactement zéro et où tous les champs magnétiques sont expulsés, ce qui se produit de façon spectaculaire à une température critique basse\(\displaystyle (T_C)\)

Équations clés

Courant électrique moyen	\(\displaystyle I_{ave}=\frac{ΔQ}{Δt}\)
Définition d'un ampère	\(\displaystyle 1A=1C/s\)
courant électrique	\(\displaystyle I=\frac{dQ}{dt}\)
Vitesse de dérive	\(\displaystyle v_d=\frac{I}{nqA}\)
Densité de courant	\(\displaystyle I=∬_{area}\vec{J}⋅d\vec{A}\)
Résistivité	\(\displaystyle ρ=\frac{E}{J}\)
Expression courante de la loi d'Ohm	\(\displaystyle V=IR\)
Résistivité en fonction de la température	\(\displaystyle ρ=ρ_0[1+α(T−T_0)]\)
Définition de la résistance	\(\displaystyle R≡\frac{V}{I}\)
Résistance d'un cylindre de matériau	\(\displaystyle R=ρ\frac{L}{A}\)
Dépendance de la résistance à	\(\displaystyle R=R_0(1+αΔT)\)
Énergie électrique	\(\displaystyle P=IV\)
Puissance dissipée par une résistance	\(\displaystyle P=I^2R=\frac{V^2}{R}\)

Résumé

9.2 Courant électrique

• Le courant électrique moyen\(\displaystyle I_{ave}\) est la vitesse à laquelle la charge circule, donnée par\(\displaystyle I_{ave}=\frac{ΔQ}{Δt}\), où\(\displaystyle ΔQ\) est la quantité de charge traversant une zone dans le temps\(\displaystyle Δt\).
• Le courant électrique instantané, ou simplement le courant I, est la vitesse à laquelle la charge circule. En prenant la limite lorsque le changement dans le temps approche de zéro, nous avons\(\displaystyle I=\frac{dQ}{dt}\), où\(\displaystyle \frac{dQ}{dt}\) est la dérivée temporelle de la charge.
• 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, ou simplement l'ampli (A), où\(\displaystyle 1A=1C/s\).
• 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.
• Même si les électrons se déplacent de façon quasi aléatoire, lorsqu'un champ électrique est appliqué au conducteur, la vitesse globale des électrons peut être définie en termes de vitesse de dérive.
• La densité de courant est une quantité vectorielle définie comme le courant traversant une surface infinitésimale divisée par la surface.
• Le courant peut être trouvé à partir de la densité du courant,\(\displaystyle I=∬_{area}\vec{J}⋅d\vec{A}\).
• Une ampoule à incandescence est un filament de fil enfermé dans une ampoule en verre partiellement évacuée. Le courant traverse le filament, où l'énergie électrique est convertie en lumière et en chaleur.

9.4 Résistivité et résistance

• La résistance a des unités d'ohms (\(\displaystyle Ω\)), liées aux volts et aux ampères par\(\displaystyle 1Ω=1V/A\).
• La résistance R d'un cylindre de longueur L et de section transversale A est\(\displaystyle R=\frac{ρL}{A}\), où\(\displaystyle ρ\) est la résistivité du matériau.
• Les valeurs du\(\displaystyle ρ\) tableau 9.1 montrent que les matériaux se répartissent en trois groupes : les conducteurs, les semi-conducteurs et les isolants.
• La température affecte la résistivité ; pour des variations de température relativement faibles\(\displaystyle ΔT\), la résistivité est\(\displaystyle ρ=ρ_0(1+αΔT)\), où se\(\displaystyle ρ_0\) situent la résistivité d'origine et\(\displaystyle α\) est le coefficient de résistivité de température.
• La résistance R d'un objet varie également en fonction de la température :\(\displaystyle R=R_0(1+αΔT)\), où\(\displaystyle R_0\) est la résistance d'origine, et R est la résistance après le changement de température.

Loi d'Ohm de 9,5

• La loi d'Ohm est une relation empirique entre le courant, la tension et la résistance pour certains types courants d'éléments de circuit, y compris les résistances. Elle ne s'applique pas aux autres appareils, tels que les diodes.
• Un énoncé de la loi d'Ohm donne la relation entre le courant I, la tension V et la résistance R dans un circuit simple comme\(\displaystyle V=IR\).
• Un autre énoncé de la loi d'Ohm, à un niveau microscopique, est\(\displaystyle J=σE\).

9.6 Énergie et électricité électriques

• L'énergie électrique est la vitesse à laquelle l'énergie électrique est fournie à un circuit ou consommée par une charge.
• La puissance dissipée par une résistance dépend du carré du courant traversant la résistance et est égale à\(\displaystyle P=I^2R=\frac{V^2}{R}\).
• L'unité SI pour l'énergie électrique est le watt et l'unité SI pour l'énergie électrique est le joule. Une autre unité courante pour l'énergie électrique, utilisée par les compagnies d'électricité, est le kilowattheure (kW ⋅· h).
• L'énergie totale utilisée sur un intervalle de temps peut être déterminée par\(\displaystyle E=∫Pdt\).

9.7 Supraconducteur

• La supraconductivité est un phénomène qui se produit dans certains matériaux lorsqu'ils sont refroidis à de très basses températures critiques, ce qui entraîne une résistance exactement nulle et l'expulsion de tous les champs magnétiques.
• Les matériaux qui sont normalement de bons conducteurs (tels que le cuivre, l'or et l'argent) ne présentent pas de supraconductivité.
• La supraconductivité a d'abord été observée dans le mercure par Heike Kamerlingh Onnes en 1911. En 1986, le Dr Ching Wu Chu de l'université de Houston a fabriqué un composé céramique fragile dont la température critique est proche de la température de l'azote liquide.
• La supraconductivité peut être utilisée dans la fabrication d'aimants supraconducteurs destinés à être utilisés dans les IRM et les trains lévités à grande vitesse.

Contributeurs et attributions

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