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Courant, tension et intensité...

L’électronique pour le musicien partie 3
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Pour comprendre le fonctionnement d’un montage, si basique soit-il, quelques notions théoriques s'avèrent indispensables. Nous allons de fait nous pencher sur le courant électrique en lui-même, et aborder deux unités de mesures qui le concernent.

Accéder à un autre article de la série...

T’es au courant ?

Le courant électrique est le phénomène qui se produit lorsque des particules subatomiques, chargées électriquement, se déplacent au sein d’un conducteur. Expliquons cette notion…

Art3 PHOTO 1Il existe deux types de particules chargées : celles porteuses d’une charge électrique négative (ce sont les électrons) et celles qui ont une charge positive (les protons).

Les électrons et les protons existent au sein de toute matière. Dans certaines (métaux, eau, charbon…), ils peuvent se déplacer. On dit ainsi que ces matériaux sont « conducteurs ». Lorsque les particules chargées se mettent en mouvement, on nomme ce phénomène : courant électrique.



NB : dans la plupart des conducteurs, seuls les électrons entrent en mouvement. Il existe toutefois des conducteurs où les protons peuvent se déplacer (on parle de courant protonique). Pour faire simple, je parlerai à partir de maintenant de « déplacement d’électrons ».

Au sein de la matière, le nombre des électrons et des protons est globalement « équilibré », hors activité électrique. Un courant se produit lorsqu’un déséquilibre apparaît entre deux bornes (deux points, deux endroits si l’on veut) au sein d’un conducteur : par des forces d’attraction et de répulsion, les électrons se mettent en mouvement pour se rééquilibrer.

Art3 PHOTO 2

En disant cela, on a déjà établi les bases pour comprendre ce que sont la tension et l’intensité.

V comme… tension électrique

La tension est une notion un peu compliquée à vulgariser, d’autant plus qu’elle se rapproche d’autres notions, comme la force électromotrice par exemple. Je vais donc tenter une définition imparfaite, mais qui devrait vous donner une idée suffisante à ce niveau.

On peut définir la tension comme la différence d’état électrique entre deux points de mesure. Expliquons cela.

Prenons l‘exemple d’une pile 9V : elle a deux bornes (+ et -). À sa borne négative, il y a trop d’électrons, et pas assez à sa borne positive. Il y a un déséquilibre, une différence entre les états de charge électrique des deux bornes. L’état de charge se nomme « potentiel » : on parlera donc d’une différence de potentiel (d.d.p.) entre ces deux bornes.

Art3 PHOTO 3

Cette notion de différence de potentiel est si proche de celle de tension, que nous les considérerons comme égale.

Pourquoi la tension aux bornes d’une pile génère-t-elle un courant ?

Si on veut faire dans l’anthropomorphisme, on pourrait dire que les charges électriques aux bornes de la pile « veulent » se rééquilibrer. Si on met cette pile en circuit, la tension à ses bornes va mettre en mouvement les électrons présents dans les conducteurs de ce circuit. La borne négative (en surplus de charges négatives) repousse les électrons, la borne positive (en manque de charges négatives) les attire. Un courant va donc se produire dans le circuit, généré par la tension aux bornes de la pile (puisque mouvement des électrons = courant).

La tension est symbolisée par la lettre U, et se mesure en volts (V).

Dans le cas de notre pile, la différence de potentiel à ses bornes est de 9V (mais ça on le savait déjà).

Comme le mot « différence » l’indique, elle se mesure en comparant deux points. Par exemple, dans un circuit, on choisit souvent un point dont l’état de charge est stable (son potentiel = 0 volts), et qui sert de référence pour mesurer le potentiel de l’autre point.

Attention, il n’est pas toujours nécessaire que le référent soit à 0 volt. En effet, on peut mesurer une différence, par exemple, entre un point à 10 volts et un à 20 volts (la différence de potentiel sera de 20 – 10 = 10 volts). Ce n’est qu’un exemple, mais retenez bien ce point, car il nous servira beaucoup par la suite.

NB : on trouve parfois l’anglicisme « voltage » : en français, l’usage du terme « tension » est préférable.

Et l’intensité…?

Lorsqu’il y a un courant électrique, l’intensité est la mesure du nombre de charges qui parcourent le conducteur en un temps donné.

Elle est symbolisée par la lettre I et se mesure en ampères (A).

Pour utiliser une analogie classique, si le courant électrique était un flux de liquide, l’intensité serait le nombre de litres s’écoulant en un point donné, durant un temps donné.

Pour aller plus loin : l’ampère est en relation avec une autre unité, le coulomb (C), qui représente un nombre fixe de charges (pour les plus curieux, 1 coulomb = 6.241509 6471204 x 1018 charges… voilà, maintenant vous pouvez briller en soirée).

Reprenons donc la première phrase de cette partie : si l’intensité mesure le nombre de charges par rapport au temps, on comprend facilement la formule suivante : A = C / S, c’est-à-dire 1 ampère = 1 coulomb par seconde.

Art3 PHOTO 4

NB : là aussi, on trouve parfois l’anglicisme : « ampérage ». Encore une fois, préférez « intensité » en français.

Courant continu, courant alternatif

Pour terminer cet article, un point rapide sur ces deux termes, pour les plus débutants. Le courant électrique au sein d’un circuit peut se manifester sous une forme continue ou alternative. En audio, les deux formes coexistent dans presque tous les circuits.

Dans un circuit électronique audio, le courant continu (CC ou, anglicisé, DC) sera le courant d’alimentation.

C’est lui qui permet aux transistors, aux AOP ou aux tubes de « travailler » et d’amplifier le signal. Un courant continu a une tension et une intensité fixe, indépendamment du temps. De manière graphique, cela donne :

Art3 PHOTO 5

Un courant continu a lieu dans une seule direction. Comme on l’a évoqué au tout début de cet article, le courant est basé sur le mouvement des charges polarisées (électrons). On utilise cette polarisation pour marquer le sens du courant continu. Ainsi, si l’on place une pile dans un circuit, le sens du courant se marque de façon conventionnelle depuis la borne + vers la borne -.

Art3 PHOTO 6
Schéma d’une pile qui alimente un moteur

Une expérience simple pour observer l’existence d’une direction du courant continu : une pile raccordée à un moteur le fera tourner dans un sens ; inversez les connexions de la pile, le moteur tournera dans l’autre sens.

De même, de par cette polarité du courant continu, on dira souvent que l’on « polarise » tout ou partie d’un composant auquel on applique un courant continu.

NB : Le courant continu est bien pratique pour utiliser l’analogie du flux de liquide : comme une rivière, il s’écoule de façon constante dans une même direction.

En audio, un signal se transmet sous la forme d’un courant alternatif.

Un courant alternatif (CA ou, anglicisé, AC) est périodique, c’est-à-dire qu’il change de direction dans le temps (précisément il change de direction deux fois durant un cycle). Expliquons cela :

Sa représentation graphique la plus simple et la plus courante est la suivante :

Les Mains dans le Cambouis : Art3 PHOTO 7

Analysons la photo ci-dessus : on y voit un cycle complet (on nomme cela une « période ») ; la tension passe d’abord de 0 à 9V, puis redescend à 0, puis passe de 0 à -9V, puis revient à 0 à nouveau. Et ça recommence.

Un courant alternatif possède une fréquence. Qu’est-ce que cela signifie ? Prenons l’exemple du courant secteur en Europe : il a une fréquence de 50Hz, ce qui revient à dire qu’il répète son cycle 50 fois par seconde.

NB : Ici, l’analogie du flux liquide ne fonctionne plus du tout. En effet, il faudrait imaginer une rivière dont le flux s’inverserait, avec de l’eau qui irait d’avant en arrière. Ça ne ressemble plus à rien. Alors qu’en électricité, le fait que les électrons changent de direction n’a aucune importance, ce qui compte, c’est qu’ils se déplacent puisque le courant = le déplacement des électrons.

Vous savez probablement qu’on parle également de fréquence (Hz) pour mesurer la hauteur d’une note. Sans rentrer dans des détails beaucoup trop complexes à ce stade, on ne sera pas étonné qu’un signal musical soit transmis sous la forme de tensions alternatives.

Dans le prochain article, nous aborderons la loi d’Ohm…

← Article précédent dans la série :
Les composants passifs : le condensateur
  • iktomi
    iktomi
    Je poste, donc je suis
    5876 posts au compteur
    Citation de Lenoir :
    x
    Hors sujet :
    Par Saint Russell, mécréant, tu oses nier l'existence de la théière ?!? :lol:


    Bien au contraire ! :mrg:
  • Pr. Soudure de La Feuille
    Pr. Soudure de La Feuille
    Rédacteur
    44 posts au compteur
    Citation de 8oris :
    L’électricité s'explique effectivement assez facilement avec l'analogie avec le système de distribution d'eau.
    Pour l'intensité (l'ampérage), cela correspondrait au débit de l'eau.
    Pour la tension, qui est une différence de potentiel, c'est la différence de hauteur entre 2 sections de tuyaux ou plus exactement la différence de pression.
    Pour le condensateur, ce serait le château d'eau.
    Pour la résistance, ce serait une réduction du diamètre des tuyaux de distribution.

    A noter que les différentes lois en électricité disposent (loi d'Ohm,...) de leurs équivalences en lois hydrodynamie (loi de Poiseuille,...)


    Oui, mais ça marche surtout en régime continu, car dès qu'on a à faire à un courant alternatif, ça se complique, et les métaphores liquides fonctionnent moins bien. Je ne dis pas qu'elles ne sont plus justes, mais le but d'une métaphore étant d'éclairer la personne non avertie en lui offrant une image, en CA j'essaie d'éviter la métaphore électricité/eau (des courants d'eau qui changent de sens et dont la polarité s'inverse autour d'un point zéro... ça n'est pas très éclairant, je trouve).

    Je voulais également préciser que la différence de potentiel et la tension ne sont pas, d'un pur point de vue théorique, exactement la même chose (même si je confonds volontairement les deux termes dans l'article). Le potentiel, c'est l'état de charge d'un matériau, et la différence de potentiel c'est donc... la différence entre deux états de charge, de deux matériaux. Ok, c'est simple !

    La tension, c'est l'effet qui résulte de cette différence de potentiel. Donc la d.d.p. c'est un état, la tension c'est l'effet résultant de cet état.

    Et la force électromotrice, c'est l'expression du travail de le tension en action (c'est-à-dire lorsqu'elle génère un courant).

    Toutes trois se mesurent en volt.

    Citation de alex.d. :
    Citation de Lenoir :
    Juste pour éclaircir, et puisqu'on oublie trop souvent de le dire, on ne "sait" toujours pas : le modèle atomique et le couple électron négatif/proton positif est également une convention qui pourra être infirmée à l'avenir, elle n'est en cela pas plus idiote que la convention précédente. C'est une théorie qui, certes, permet d'avancer, mais ce n'est pas une 'vérité'.


    Il n'y a rien à "savoir" : la nature n'a pas de notion de charges positives ou négative, juste deux types de charges. Ce n'est pas quelque chose à confirme ou infirmer, c'est juste une convention.


    Tout à fait, on utilise des signes mathématiques pour signifier l'opposition des pôles, c'est conventionnel. Ils n'ont rien d'intrinsèquement "positif" ou "négatif".
  • Lenoir
    Lenoir
    Posteur AFfiné
    112 posts au compteur
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    Hors sujet :
    Par Saint Russell, mécréant, tu oses nier l'existence de la théière ?!? :lol:
  • iktomi
    iktomi
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    :mrg:

    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/1/11/I_want_to_believe.svg/220px-I_want_to_believe.svg.png
  • Lenoir
    Lenoir
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    112 posts au compteur
    Citation :
    Il n'y a rien à "savoir"...


    Je rebondissais sur l'affirmation "à l'époque... on ne savait pas encore" que tu utilisais, puisqu'aujourd'hui on n'en "sait" pas beaucoup plus. On 'suppose' différemment, c'est tout, et finalement tu l'expliques très bien toi-même.

    Et pour illustrer mon propos, je rebondissais surtout sur le fait que non, le modèle atomique (et donc le concept de charge) n'est pas une réalité, c'est une théorie. Elle est incroyablement pratique, elle permet d'avancer dans l'expérimentation tant que le modèle n'est pas infirmé (une convention étant toujours établie dans le cadre d'un modèle), mais on ne sait même pas si l'électron existe ! Et ça, par esprit scientiste dogmatique dont je suis le premier coupable, on oublie trop souvent de le dire.

    Voilà, voilà. C'était juste ça.

    M'enfin, c'est un détail, hein. On ne va pas se lancer dans un débat philosophique sur le concept de 'Vérité' scientifique, ça deviendrait vite chiant !
  • iktomi
    iktomi
    Je poste, donc je suis
    5876 posts au compteur
    On en revient à cette bonne vieille différence de potentiel que (normalement) tout le monde a vu en cours de physique au collège.
    Et c'est la même partout, de la pile bouton de votre montre au poignet, à la bougie piezzo pour allumer votre gaz sans allumette, aux éclairs d'orages.
  • alex.d.
    alex.d.
    Squatteur d'AF
    3908 posts au compteur
    Citation de Lenoir :
    Juste pour éclaircir, et puisqu'on oublie trop souvent de le dire, on ne "sait" toujours pas : le modèle atomique et le couple électron négatif/proton positif est également une convention qui pourra être infirmée à l'avenir, elle n'est en cela pas plus idiote que la convention précédente. C'est une théorie qui, certes, permet d'avancer, mais ce n'est pas une 'vérité'.


    Il n'y a rien à "savoir" : la nature n'a pas de notion de charges positives ou négative, juste deux types de charges. Ce n'est pas quelque chose à confirme ou infirmer, c'est juste une convention.

    C'est Benjamin Franklin qui frottait une tige de verre et constatait que ça causait de l'électricité statique. Il a donc posé la convention que quand on frottait la tige de verre, ça lui donnait de l'électricité "en plus", ce qu'il a donc appelé charge positive ; et donc tout naturellement la charge opposée, il l'a appelée charge négative.
    En réalité, quand on frotte une tige de verre, on lui arrache des électrons, donc pour ne pas remettre en cause le formalisme qui existait depuis 100 ans, il fallait que l'on attribue une charge négative à l'électron : la tige de verre frottée, pour lui donner une charge positive, en réalité on lui enlève des charges négatives.
  • 8oris
    8oris
    Je poste, donc je suis
    5422 posts au compteur
    L’électricité s'explique effectivement assez facilement avec l'analogie avec le système de distribution d'eau.
    Pour l'intensité (l'ampérage), cela correspondrait au débit de l'eau.
    Pour la tension, qui est une différence de potentiel, c'est la différence de hauteur entre 2 sections de tuyaux ou plus exactement la différence de pression.
    Pour le condensateur, ce serait le château d'eau.
    Pour la résistance, ce serait une réduction du diamètre des tuyaux de distribution.

    A noter que les différentes lois en électricité disposent (loi d'Ohm,...) de leurs équivalences en lois hydrodynamie (loi de Poiseuille,...)
  • Lenoir
    Lenoir
    Posteur AFfiné
    112 posts au compteur
    Citation de alex.d. :
    Parce qu'à l'époque où on a pris cette convention, on ne savait pas encore que le courant était porté par une particule de charge négative.


    Juste pour éclaircir, et puisqu'on oublie trop souvent de le dire, on ne "sait" toujours pas : le modèle atomique et le couple électron négatif/proton positif est également une convention qui pourra être infirmée à l'avenir, elle n'est en cela pas plus idiote que la convention précédente. C'est une théorie qui, certes, permet d'avancer, mais ce n'est pas une 'vérité'.
  • Will Zégal
    Will Zégal
    Will Zégal
    63967 posts au compteur
    Normal.
    J'ajoute que j'ai hâte de lire la suite si elle est aussi claire que ça. Je trouve très bien que vous ayez finalement décidé de donner beaucoup plus les bases que ce qui était apparemment prévu au départ avec une approche uniquement pratique.
  • Pr. Soudure de La Feuille
    Pr. Soudure de La Feuille
    Rédacteur
    44 posts au compteur
    Citation de Will Zégal :
    J'ai participé sans concession à la critique des premiers articles depuis revus et corrigés, donc je n'hésite pas à saluer la clarté de cet article et, sauf erreur de ma part, sa justesse :bravo:


    Merci :bravo:
  • zan33
    zan33
    Posteur AFfolé
    925 posts au compteur
    https://nanishirts.com/wp-content/uploads/2019/07/Electricity-Explained-Volt-Amp-Ohm-sweater_1-1-600x600.jpg
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