Intensité du courant et mesures

Introduction à l'intensité du courant électrique

L'intensité du courant, mesurée en ampères (A), représente le flux de charges électriques qui traversent un conducteur en une seconde. Comprendre comment la mesurer, l'interpréter dans différents types de circuits (série et dérivation) et connaître les lois fondamentales qui la régissent est essentiel pour tout étudiant en physique et pour les techniciens en électrotechnique.

1. Mesure de l'intensité avec un ampèremètre

Comment brancher correctement un ampèremètre ?

Un ampèremètre doit toujours être branché en série avec le composant dont on veut mesurer le courant. Cela signifie qu'il faut interrompre le circuit et insérer l'appareil entre la source d'alimentation et la charge. En le plaçant en série, le même courant qui circule dans le reste du circuit passe à travers l'ampèremètre, permettant une lecture précise.

• Ne jamais le brancher en parallèle, car cela créerait un court-circuit et pourrait endommager l'instrument.
• Veiller à respecter la polarité si l'ampèremètre possède une indication de sens de courant.

Exemple pratique : Dans un circuit simple composé d'une pile de 9 V et d'une résistance de 100 Ω, on coupe le fil entre la pile et la résistance, on insère l'ampèremètre, et on lit l'intensité I = V/R = 9 V / 100 Ω = 0,09 A (90 mA).

2. Loi d'unicité de l'intensité dans un circuit en série

Dans un circuit en série, tous les dipôles (résistances, lampes, etc.) sont connectés l'un après l'autre sur le même fil conducteur. La loi d'unicité stipule que l'intensité du courant est identique en tout point du circuit. Aucun courant ne se « divise » ou ne « s'additionne » comme dans les circuits dérivés.

• Cette propriété découle de la conservation de la charge : le même nombre d'électrons qui entre dans le circuit doit en sortir.
• En pratique, cela signifie que si vous mesurez 0,5 A à l'entrée du circuit, vous trouverez exactement 0,5 A à chaque composant suivant.

3. Intensité totale dans un circuit dérivé (en parallèle)

Calcul de l'intensité principale

Dans un circuit dérivé, plusieurs branches sont connectées en parallèle à la même source. Chaque branche possède sa propre intensité I₁, I₂, …. La loi de Kirchhoff des courants (ou loi des nœuds) indique que l'intensité totale I qui quitte la source est la somme des intensités de chaque branche :

I = I₁ + I₂ + … + Iₙ

Cette addition reflète le fait que les charges provenant de la source se répartissent simultanément dans toutes les branches disponibles.

Exemple numérique

Si une branche dérivée transporte 30 mA et que l'intensité totale du circuit principal est de 50 mA, l'intensité de la seconde branche est simplement :

I₂ = I - I₁ = 50 mA - 30 mA = 20 mA

4. Comportement d'une lampe dans un circuit dérivé

Lorsque l'une des lampes d'un circuit dérivé est éteinte (ou déconnectée), les autres lampes restent allumées. Le courant qui circulait dans la branche de la lampe éteinte se redistribue dans les branches restantes, augmentant légèrement leur intensité si la source peut fournir le courant supplémentaire.

• Le voltage de la source reste généralement constant (sauf si la source est très faible).
• Le phénomène montre la robustesse des circuits en parallèle : la panne d'un élément n'affecte pas les autres.

5. Effet d'ajouter un dipôle supplémentaire

Dans un circuit en série

Ajouter un dipôle (par exemple, une résistance) augmente la résistance totale du circuit. Selon la loi d'Ohm (V = R·I), si la tension de la source reste fixe, l'intensité diminue. Ainsi, chaque dipôle supplémentaire réduit le courant qui circule dans tout le circuit.

Dans un circuit dérivé

Chaque nouvelle branche ajoute son propre courant au courant principal. Par conséquent, l'intensité du fil principal augmente proportionnellement au nombre de branches actives. Cette augmentation n'affecte pas les intensités individuelles des branches déjà existantes, qui restent déterminées par leurs propres résistances.

6. Symboles et unités

L'intensité du courant électrique est symbolisée par la lettre I et s'exprime en ampère (A). Le préfixe « milli‑ » (mA) est souvent utilisé pour des courants de l'ordre du milliampère, notamment dans les circuits électroniques.

7. Récapitulatif des concepts clés

• Brancher un ampèremètre en série pour mesurer le courant.
• Dans un circuit en série, l'intensité est identique partout (loi d'unicité).
• Dans un circuit dérivé, l'intensité totale est la somme des intensités de chaque branche (loi des nœuds).
• Éteindre une lampe en dérivation n'affecte pas les autres lampes.
• Ajouter un dipôle en série diminue le courant, alors qu'ajouter une branche en parallèle augmente le courant principal.
• Le symbole de l'intensité est I et son unité est l'ampère (A).

8. Questions d'auto‑évaluation

Testez votre compréhension avec les questions suivantes :

1. Pourquoi un ampèremètre doit‑il être placé en série et non en parallèle ?
2. Dans un circuit en série, que dit la loi d'unicité sur l'intensité ?
3. Comment calcule‑t‑on l'intensité totale d'un circuit dérivé ?
4. Que se passe‑t‑il lorsqu'une lampe d'un circuit dérivé est éteinte ?
5. Si I₁ = 30 mA et I_total = 50 mA, quelle est I₂ ?
6. Quel est l'effet d'ajouter une résistance supplémentaire dans un circuit en série ?
7. Pourquoi le courant principal augmente‑t‑il lorsqu'on ajoute des branches en dérivation ?
8. Quel est le symbole et l'unité de l'intensité du courant ?

9. Conclusion

Maîtriser les notions d'intensité du courant, de mesure avec un ampèremètre, et les différences entre les circuits en série et en dérivation constitue une base solide pour aborder des sujets plus avancés comme les lois de Kirchhoff, les réseaux complexes et la conception de circuits électroniques. En appliquant ces principes, vous serez capable d'analyser, de diagnostiquer et d'optimiser tout type de circuit électrique.