Nous parlerons très souvent de courant et de tension.
Il convient donc de bien comprendre ce que sont ces deux grandeurs.
Nous allons faire un peu de physique atomique !
Je vous rassure : rien de très compliqué et je pense que ça vaut le coup de faire un petit effort de compréhension.
Je me suis inspiré de l’excellent Memento Tungsram, nouveau volume 1942, de Roger Crespin.
De nombreuses découvertes scientifiques ont été faites dans le domaine de l’atome depuis cette époque.
Mais les quelques explications simplifiées qui vont suivre resteront cependant amplement suffisantes.
Et le résumé… résumera ce qu’il faudra finalement retenir !
1. Atomes, électrons et protons
La matière est constituée d’atomes.
Chaque atome est lui-même constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons.
Ces électrons se répartissent sur plusieurs orbites définissant ainsi des couches et des sous-couches électroniques.
Le noyau, quant à lui, est constitué de protons et de neutrons.
Les électrons sont chargés négativement.
Les protons portent la même charge que les électrons mais de signe contraire : ils sont donc chargés positivement.
Les neutrons sont électriquement neutres, comme leur nom l’indique !
Normalement, pour un atome donné, il y a autant d’électrons que de protons donc autant de charges négatives que de charges positives : l’atome est électriquement neutre.
Un système de forces complexes le maintient en équilibre.
Cependant, dans certains cas, les électrons les plus éloignés du noyau peuvent se détacher de l’atome. Si un électron se détache, l’atome perd une charge négative. Les charges positives étant alors plus nombreuses que les charges négatives, l’atome devient positif.
Au contraire, si un électron supplémentaire se joint à un atome, ce dernier deviendra négatif.
Les atomes des matériaux conducteurs ont un ou plusieurs électrons assez éloignés du noyau : ils peuvent aisément en être arrachés. C’est le cas du cuivre, par exemple, qui possède 1 électron sur sa couche la plus externe sur un total de 29.
2. Qu’est-ce qu’un courant électrique ?
Prenons justement un fil de cuivre et connectons-le aux bornes A et B d’un dispositif G.
Ce dispositif G a pour particularité d’avoir un excédent d’électrons en B et un déficit en A.
Nous représenterons l’excédent par des moins et le déficit… par des plus.
Dans les atomes du fil proches de A, des électrons é- vont se détacher et se précipiter vers A pour tenter de combler le déficit.
Ces atomes devenus positifs (car ils ont perdu un électron) vont « piquer » des électrons à leurs voisins qui deviendront positifs à leur tour et ainsi de suite jusqu’à B.
On obtient ainsi un ensemble d’électrons qui sautent d’atome en atome de B vers A.
C’est ce déplacement d’électrons qui constitue le courant électrique dans le conducteur AB.
Ce courant d’électrons va donc du moins du générateur G vers le plus.
On dit aussi que « le plus attire le moins » et que « le moins repousse le moins ».
Plus généralement, deux charges s’attirent quand elles sont de signe contraire et se repoussent quand elles sont de même signe.
Un courant s’exprime en ampères, symbole : A.
Un ampère représente le passage d’environ 6,25 milliards de milliards d’électrons par seconde !
Dans le cas des matériaux isolants, les électrons sont bien attachés et ne vont donc pas se promener d’atome en atome. Il n’y a pas de courant d’électrons : le courant ne passe pas.
3. Qu’est-ce qu’une tension ?
Le dispositif G est un générateur capable de maintenir à ses bornes cet excès et ce déficit d’électrons. Une pile, par exemple.
On dit que ce générateur crée une force électromotrice car cette force est capable de faire bouger des électrons.
Au lieu de parler d’excédent et de déficit d’électrons, on utilise le terme « potentiel » : le potentiel est positif en A, il est négatif en B.
C’est la différence de potentiel entre A et B qui provoque finalement le mouvement des électrons dans le conducteur AB, donc le courant.
Cette différence de potentiel se nomme également « tension ».
Comme l’écrivait Eugène Aisberg dans La radio ?.. mais c’est très simple : « (…) la tension est une sorte de pression électrique qui pousse les électrons d’un bout du conducteur à l’autre (…) »
Une tension s’exprime en volts, symbole : V.
4. Sens du courant
En dehors du générateur G, le courant d’électrons se déplace donc du moins vers le plus.
Cependant, au début des études sur l’électricité, les scientifiques pensaient que les particules qui se déplaçaient étaient chargées positivement.
Ils ont donc défini le sens du courant comme allant du plus vers le moins, à l’extérieur d’un générateur.
Et c’est ce sens que nous continuons d’utiliser !
Comme il ne correspond pas à la réalité physique, on l’appelle « sens conventionnel » du courant.
C’est donc le courant I sur le schéma.
Très important : à l’extérieur du générateur, le courant I va du potentiel le plus élevé vers le potentiel le plus faible.
5. Moyen mnémotechnique : à la montagne !
Un potentiel, c’est une altitude.
Une différence de potentiel, c’est une différence d’altitude.
Et le courant… de la rivière coule de l’altitude la plus élevée vers l’altitude la plus basse.
6. Résumé
À l’extérieur d’un générateur, les électrons formant le courant électrique vont du moins vers le plus.
Mais on utilisera cependant le plus souvent le sens conventionnel du courant : du plus vers le moins, c’est-à-dire du potentiel le plus élevé vers le potentiel le plus faible.
