Courant électrique et densité de courant
Idée centrale
Le courant électrique est une mesure de la circulation des charges électriques dans un milieu. La densité de courant représente le courant électrique par unité de surface et permet de contrôler le dosage de certains traitements en électrothérapie en fonction des dimensions des électrodes.
Le courant électrique
On définit le courant électrique comme la quantité de charges électriques qui traverse un point à chaque seconde. Il se mesure en Ampère () et un ampère représente le passage d’une quantité de charges de 1 Coulomb à chaque seconde:
Imaginons un circuit électrique simple:
Ici, les flèches rouges représentent le courant électrique. On peut le mesurer à l’aide d’un appareil :
On voit ici que le courant (intensité) est de , ce qui veut dire que de charges circulent à cet endroit du circuit à chaque seconde.
Comme on l’a expliqué au chapitre 2, c’est la différence de potentiel produite par la pile qui crée, partout dans le circuit, un champ électrique. Ce champ va entrainer une force sur les porteurs de charge (ici des électrons) et les forcer à se déplacer dans une certaine direction. C’est ce déplacement des charges que l’on mesure et que l’on appelle le courant électrique.
Il est important de comprendre que la pile ne fournit pas les charges électriques. Les électrons sont déjà présents partout dans le milieu. La pile ne fait que les forcer à se déplacer dans une direction privilégiée pour transporter l’énergie électrique dans le circuit.
D’un point de vue microscopique, les charges ne se déplacent pas toutes ensemble à la même vitesse. Voici ce qui se passe si on “regarde” les électrons dans un fil métallique lorsqu’il est soumis à une différence de potentiel :
Dans l’animation ci-dessus, on voit les grands cercles jaunes (les noyaux des atomes), les petits cercles jaunes (les électrons) et les petits cercles rouges (les électrons qui servent à la conduction et qui sont responsables du courant électrique). On remarque d’abord que le mouvement des cercles rouges n’est pas uniforme. Certains se déplacent vers la gauche, d’autres vers la droite, il y a des collisions avec les atomes du métal, etc. En revanche, on voit que l’ensemble des électrons ont tendance à “dériver” dans la même direction (vers la droite ici). C’est cette dérive des électrons qui est responsable du courant électrique.
La vitesse de dérive est très petite! Pour donner un ordre de grandeur, les électrons dans un fil parcouru par un courant de vont avoir une vitesse de dérive de l’ordre de , ce qui est très lent comparativement à la vitesse d’agitation des électrons dans le métal dû à l’énergie thermique ().
Dans le cas des tissus, ce sont les ions qui vont dériver. Les ions + et - vont se déplacer dans le sens contraire:
Les charges + se déplacent dans le sens du champ électrique et les charges - dans le sens contraire (en raison de la force électrique que les charges subissent). Le courant électrique est défini (par convention) dans le sens de déplacement des charges positives. Dans l’exemple de l’animation, on aura donc un courant vers la gauche, causé par les ions + qui se déplacent vers la gauche ET par les ions - qui se déplacent vers la droite. Chaque type d’ion va produire un courant vers la gauche dans cette situation et le courant mesuré est en réalité le courant total.
Les effets du courant électrique sur le corps
La densité de courant
L’iontophorèse: une application
Concepts clés
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