Intensité du courant

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  • Exemple:

Notion d'intensité du courant

 Une même lampe branchée successivement sur divers générateurs n'éclaire pas de la même façon. Elle est traversée par un courant plus ou moins intense, c'est-à-dire que l'intensité du courant est plus ou moins grande suivant le cas.

Analogie: Les charges électriques se déplacent dans un circuit électrique comme un fluide (air, eau) dans un tuyau. Le débit représente la quantité de fluide qui passe dans une section du tuyau pendant l'unité de temps (exemple: 3 litres par seconde). De même, l'intensité du courant représente le débit des charges électriques en un point du circuit (dans une section du conducteur)

 De l'eau circule dans un tuyau de section variable. Que peut-on dire du débit de l'eau lorsque le tuyau se rétrécit? Est-il plus grand, plus petit ou identique? Il est évidemment identique. Comment pourrait-on avoir plus d'eau à la sortie qu'à l'entrée? A l'inverse, comment pourrait-on en perdre?

Par contre la vitesse de déplacement de l'eau n'est pas la même: elle est plus grande dans le tuyau fin que dans le gros tuyau

  • Applications

EFFET JOULE

 Les appareils de chauffage
	Le passage du courant dans les conducteurs provoquant un dégagement de chaleur (effet Joule) il est facile d'obtenir des appareils de chauffage. Le dégagement de chaleur est proportionnel à la résistance du conducteur. On utilise donc dans ces appareils des fils beaucoup plus résistants que les fils de liaison pour que le dégagement de chaleur soit localisé dans l'appareil (fer à repasser, radiateur) et soit négligeable dans les fils de liaison pourtant traversés par le même courant.

L'alliage couramment utilisé pour les "résistances chauffantes" est le Nichrome constitué de nickel et de chrome avec un peu de fer et de manganèse. Il est environ 60 fois plus résistif que le cuivre. Les fils résistants peuvent être nus (par exemple dans les convecteurs) ou introduits dans des tubes de cuivre et isolés par de la poudre de magnésie. Le fil est souvent en forme d'hélice pour obtenir une longueur plus grande sous un faible encombrement.

 L'éclairage électrique à incandescence
	En 1879 Thomas Edison (1847-1931) invente la lampe électrique. Elle est constituée d'un filament en fibre de bambou carbonisé entouré d'une ampoule de verre vidée d'air pour éviter la combustion. La température du filament ne dépasse pas 1700°C. L'éclairage est jaune et faible.

En 1906 apparaît le filament en tungstène qui permet d'atteindre 2500°C. Pour éviter la sublimation du métal (évaporation) on introduit en 1913 de l'azote dans l'ampoule. Puis on le remplacera par l'argon et en 1935 par le krypton. La lampe à halogène permet d'améliorer le rendement et d'obtenir une lumière blanche et intense. La température du filament peut atteindre 3000°C ( La température de fusion du tungstène est 3410°C). L'ampoule contient un halogène (de l'iode par exemple) qui se combine avec la vapeur de tungstène et empêche son dépôt sur l'ampoule qui n'est plus en verre, mais en quartz. [Ne jamais toucher l'ampoule de quartz avec les doigts]

EFFET MAGNETIQUE

 L'électro-aimant
	Lorsque le courant passe dans un fil, une boussole placée à proximité dévie. Le fil provoque un effet semblable à celui d'un aimant: l'effet magnétique. Pour augmenter cet effet, on peut augmenter l'intensité du courant, mais on peut également placer côte à côte plusieurs fils parcouru dans le même sens par le courant. Cela revient à constituer une bobine.

Une bobine longue est appelée solénoïde. Elle se comporte comme un barreau aimanté lorsque le courant passe. Si on place à l'intérieur un noyau en fer doux (fer pur) l'effet est renforcé. On obtient un électro-aimant. Remarque: L'acier ne convient pas pour faire un noyau d'électro-aimant car il reste aimanté après que le courant a cessé. Ces électro-aimants sont utilisés dans les sonneries, les gâches électriques, le tri magnétique des matériaux... en un mot chaque fois que l'on désire transformer l'énergie électrique en énergie mécanique.

 Les moteurs électriques
	Il existe un grand nombre de sortes de moteurs électriques. Ils contiennent tous soit des aimants soit des électro-aimants.

Le point de départ du développement des moteurs est la découverte de Zénobe Gramme (1826-1901). Le principe d'un moteur est simple: on fait passer un courant dans un électro-aimant capable de tourner (rotor). Il est attiré par un aimant (ou un autre électro-aimant), il pivote, il s'approche du pôle attractif et reste figé à moins qu'à cet instant précis le courant s'inverse dans la bobine. Le rotor peut alors poursuivre sa rotation vers une nouvelle attraction et le phénomène peut se reproduire. Gramme découvre en 1873 qu'il peut utiliser en guise de moteur la dynamo qu'il a inventé 2 années auparavant . Pour inverser le courant il fixe sur l'axe du moteur des conducteurs hémicylindriques (constituant le collecteur) sur lesquels viennent frotter deux balais reliés au générateur.

EFFET CHIMIQUE

 L'électrolyse

Si le courant circule dans une solution, ce n'est pas grâce à la présence d'électrons libres (ils n'existent que dans les métaux). Le courant est dû au mouvement de particules chargées appelées "ions". Il s'agit d'atomes ou de groupements d'atomes chargés soit à cause d'un excès d'électrons (ions négatifs ou anions) soit par un manque d'électrons (ions positifs ou cations). Au contact des électrodes, les ions se déchargent: A l'anode (électrode d'entrée): les ions négatifs (anions) cèdent leur électrons excédentaires qui passent ensuite dans le circuit. Parfois l'anode est rongée: ce sont les atomes de l'anode qui cèdent des électrons au circuit. On peut aussi avoir un dégagement d'oxygène ou une oxydation de l'anode. A la cathode (électrode de sortie): les ions positifs (cations) prennent au circuit les électrons qui leur manquent. On observe la formation d'un dépôt (métal); ou alors l'eau se décompose et on obtient un dégagement d'hydrogène.

 L'électrophorèse
	Pour déposer sur une carroserie d'automobile une couche de peinture anti-corrosion on peut utiliser l'électrophorèse:

La carrosserie est plongée dans un bac de peinture. Elle est reliée, ainsi qu'une électrode à un générateur (400V par exemple). Si la carroserie constitue la cathode (reliée à la borne négative) il s'agit d'une cataphorèse. Les ions positifs contenus dans la peinture sont attirés. Ils viennent se fixer sur la carrosserie en se déchargeant.

 La galvanoplastie
	Pour déposer une couche d'argent sur les couverts, une couche de chrome sur les pare-chocs on utilise l'électrolyse.

L'objet à recouvrir est plongé en guise de cathode dans une solution d'un sel du métal qui doit constituer le dépôt. On utilise une anode dans ce même métal. Pour nickeler ou pour chromer un objet en fer, on le recouvre préalablement d'une couche de cuivre car le chrome ou le nickel n'adhère pas bien au fer

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Education: Liens, sites et portails




Idées ou Difficultés liées à son enseignement

  • Les résultats de recherche montrent que les élèves rencontrent des difficultés profondes au niveau des concepts et du raisonnement lors de la compréhension de l’électricité élémentaire. Ces difficultés tendent à être plus souvent ignorées que prises en compte dans l’enseignement habituel ou innovant.
  • Raisonnement séquentiel

Si, dans un circuit, un élément tel que la résistance est modifié, un type de raisonnement particulier appelé raisonnement séquentiel devient manifeste. Le raisonnement séquentiel signifie que les élèves analysent un circuit en termes de "avant" et "après" que le courant "passe" à cet endroit. Une modification au "début" du circuit influence les éléments qui sont après, alors qu’une modification "à la fin" n’influence pas les éléments situés avant. L’information de la modification est transmise par le courant électrique.

  • Consommation du courant

La conception comme quoi le courant est consommé est persistante chez les élèves, même après enseignement. La consommation englobe les deux aspects de dévaluation et de diminution du courant électrique.

  • Significations quotidiennes de l’intensité

Le discours quotidien et celui de la physique concernant l’électricité et les appareils électriques sont sensiblement différents ; les termes de base de la physique pour l’électricité, l’intensité, la tension et la résistance, par exemple, sont également utilisés dans le discours de la vie de tous les jours, mais avec des significations bien différentes de celles de la physique.

  • Effet causal linéaire entre les piles et les ampoules

Le résultat des études montre est que les enfants utilisent des explications très générales pour le fonctionnement d’un circuit électrique simple.Habituellement, ils établissent un lien causal entre la pile et l’ampoule et expliquent qu’un agent se déplace de la pile à l’ampoule.

  • Raisonnement local

Le raisonnement local décrit le fait que les élèves concentrent leur attention sur un point du circuit et ignorent ce qui se passe ailleurs

Aides et astuces

  • On pourra utiliser la gamme Sécucontact avec la platine de câblage et les composants associés.
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comparative meta-analysis of instructional interventions from reading education and science education. Paper presented at the Annual Meeting of the American Educational Research Association, San Francisco.]]