Intensité du courant électrique

• Tout le monde a déjà observé le filament d'une ampoule ou l'éclair de la foudre : plus le filament est rouge ou plus l'éclair est brillant, plus le phénomène observé est qualifié d'intense.

• Un courant électrique peut donc être plus ou moins intense, la grandeur électrique associée à ce phénomène s'appelle intensité du courant. La foudre est aussi associée à un courant électrique de forte intensité.

I. L'intensité du courant

1. Expérience

• Soient les deux montages réalisés ci-dessous :

  

• Force est de constater que les lampes brillent mais différemment, c'est-à-dire que leur intensité lumineuse n'est pas la même.

• En effet, dans le premier montage, la lampe brille fortement alors que dans le deuxième montage, les lampes $L_1$ et $L_2$ brillent mais moins fortement. C'est donc que l'intensité électrique qui traverse le circuit est différente, ce qui explique la différence d'intensité lumineuse des lampes dans ces deux montages. L'intensité est visualisée par la lettre $I$ ou par des flèches sur les schémas de montage.

• Remarque : il est possible aussi observer la variation d'intensité lumineuse d'une ampoule en rajoutant un potentiomètre. Ce dispositif est d'ailleurs très largement utilisé pour les luminaires où un bouton permet de faire varier l'intensité lumineuse de la lampe : selon l'intensité qui traverse le circuit, la lampe brille plus ou moins fortement.

2. Définition et convention

• Définition :

  $\circ\quad$ L’intensité du courant électrique, notée $I$, est une grandeur qui mesure le débit d'électricité qui circule en un point du circuit.

  $\circ\quad$ Elle s'exprime en ampère(s) ($A$).

• Remarque : le rôle du générateur sera alors de délivrer cette tension aux bornes d'un dipôle par exemple. Ainsi pour que le courant électrique puisse passer dans un dipôle, il faut qu'il existe une tension électrique entre ses bornes.

• Convention (rappel) : comme cela a été vu en classe de 5^e, dans un circuit, le courant électrique circule de la borne $+$ vers la borne $–$ du générateur.

II. Un peu d'histoire

• Le nom donné à l'unité de l'intensité du courant électrique est en hommage à André-Marie Ampère, célèbre physicien (1775-1836) qui a créé la notion de courant électrique et, par ses calculs, a permis d'en prévoir les effets et de les mesurer.

• Ce fut aussi un inventeur de génie : ses réalisations ont une portée encore très importante de nos jours. Par exemple, le premier modèle de l'ampèremètre, de l'électroaimant ou du télégraphe électrique sont toujours utilisés.

III. Mesure de l'intensité du courant électrique : l'ampèremètre

• L'intensité du courant électrique se mesure à l'aide d'un multimètre en mode ampèremètre. Comme vu précédemment, cette grandeur se note $I$ et s'exprime en ampère(s) (de symbole $A$) mais il est possible d'utiliser aussi des multiples de l'ampère comme le kiloampère ($1~kA = 1~000~A$), et plus usuellement des sous-multiples comme le milliampère ($1~mA = 0,001~A$).

• Cet appareil possède des calibres pouvant être sélectionnés, chaque calibre correspondant à l'intensité du courant maximale qui pourra être mesurée. Ainsi, pour mesurer une tension inconnue, il est primordial de toujours se placer sur le calibre le plus élevé. Puis ce dernier est progressivement diminué en fonction du résultat de la mesure.

• Contrairement au voltmètre, l'ampèremètre se branche en série dans le circuit électrique, comme cela a été introduit sur le schéma du montage dans le paragraphe I. Ce faisant, il peut se mettre à n'importe quelle place dans le circuit, du moment qu'il est inséré en série : il donnera toujours la même intensité, qu'il soit placé à un endroit précis ou à un autre dans le circuit.

• Ce faisant, tout comme le voltmètre, cet appareil est polarisé, c'est-à-dire qu'il a un sens de branchement : la borne marquée $10~A$ (ou $mA$) doit être reliée au potentiel le plus haut (vers la borne $+$ du générateur) et la borne "commune" marquée $COM$ au potentiel le plus faible (vers la borne $-$ du générateur).

• $\circ\quad$ Son symbole normalisé est :

  

III. L'intensité du courant électrique dans différents types de montage

1. Rappel : circuits en série et en dérivation

• Les circuits électriques en série ou en dérivation ont été vu en classe de 5^e. Il est donc primordial de réviser les fiches de cours suivantes :

  Circuit électrique en série

  Circuit électrique en dérivation

• Tout comme la tension électrique dans un circuit, les lois de l'électricité pour l'intensité du courant diffèrent si les dipôles sont associés en série ou en dérivation.

2. Cas d'association de dipôles en série : loi d'unicité de l'intensité

• Soit le montage électrique suivant, pour lequel les valeurs des intensités en tous points du circuit :

  

• Un générateur de courant continu alimente deux lampes différentes $L_1$ et $L_2$ branchées en série dans le circuit. Trois ampèremètres mesurent les intensités :

  $\circ\quad$ $I$ est l'intensité traversant le circuit mesuré par l'ampèremètre $A$ ;

  $\circ\quad$ $I_1$ est l'intensité traversant la lampe $L_1$ et mesurée par l'ampèremètre $A_1$ ;

  $\circ\quad$ $I_2$ est l'intensité traversant la lampe $L_2$ et mesurée par l'ampèremètre $A_2$.

• Force est de constater que l'intensité du courant est la même en tout point du circuit dont les dipôles sont branchés en série. C'est la loi d'unicité de l'intensité.

• D'où la relation :

  $\boxed{I = I_1 = I_2}$

2. Cas d'association de dipôles en dérivation : loi d’additivité des intensités

• Soit un nouveau montage où les dipôles sont associés en dérivation et pour lequel les valeurs des intensités sont mesurées en tous points :

  

• Un générateur de courant continu alimente deux lampes différentes $L_1$ et $L_2$ branchées en dérivation dans le circuit. Trois ampèremètres mesurent les intensités :

  $\circ\quad$ $I$ est l'intensité traversant le circuit mesuré par l'ampèremètre $A$ ;

  $\circ\quad$ $I_1$ est l'intensité traversant la lampe $L_1$ et mesurée par l'ampèremètre $A_1$ ;

  $\circ\quad$ $I_2$ est l'intensité traversant la lampe $L_2$ et mesurée par l'ampèremètre $A_2$.

• Force est de constater que celles-ci ne sont plus égales mais elles s'additionnent, c'est-à-dire que l'intensité dans la branche principale (celle qui comporte le générateur) est égale à la somme des intensités aux bornes des autres dipôles. C'est la loi d'additivité des intensités.

• D'où la relation :

  $\boxed{I = I_1 + I_2}$