Le courant électrique dans un circuit se manifeste toujours d’une manière ou d’une autre. Il peut s'agir soit d'un travail sous une certaine charge, soit de l'effet du courant qui l'accompagne. Ainsi, par l'effet du courant on peut juger de sa présence ou de son absence dans un circuit donné : si la charge fonctionne, il y a du courant. Si un phénomène typique accompagnant le courant est observé, il y a du courant dans le circuit, etc.

En général, le courant électrique est capable de provoquer divers effets : thermiques, chimiques, magnétiques (électromagnétiques), lumineux ou mécaniques, et différents types d'effets de courant se produisent souvent simultanément. Ces phénomènes et effets du courant seront discutés dans cet article.

Effet thermique du courant électrique

Lorsqu’un courant électrique continu ou alternatif traverse un conducteur, celui-ci s’échauffe. De tels conducteurs chauffants dans différentes conditions et applications peuvent être : des métaux, des électrolytes, du plasma, des métaux en fusion, des semi-conducteurs, des semi-métaux.

Dans le cas le plus simple, si, par exemple, un courant électrique passe à travers un fil nichrome, il chauffera. Ce phénomène est utilisé dans les appareils de chauffage : dans les bouilloires électriques, les chaudières, les radiateurs, les cuisinières électriques, etc. En soudage à l'arc électrique, la température de l'arc électrique atteint généralement 7000°C, et le métal fond facilement - c'est aussi l'effet thermique du courant.

La quantité de chaleur dégagée dans une section du circuit dépend de la tension appliquée à cette section, de la valeur du courant circulant et du temps pendant lequel il circule ().

Après avoir transformé la loi d'Ohm pour une section d'un circuit, vous pouvez utiliser soit la tension, soit le courant pour calculer la quantité de chaleur, mais vous devez également connaître la résistance du circuit, car c'est elle qui limite le courant et, en fait, provoque chauffage. Ou, connaissant le courant et la tension dans le circuit, vous pouvez tout aussi facilement trouver la quantité de chaleur générée.

Action chimique du courant électrique

Électrolytes contenant des ions sous l'influence d'un courant électrique continu - c'est l'effet chimique du courant. Pendant l'électrolyse, les ions négatifs (anions) sont attirés vers l'électrode positive (anode) et les ions positifs (cations) sont attirés vers l'électrode négative (cathode). Autrement dit, les substances contenues dans l'électrolyte sont libérées au niveau des électrodes de la source de courant pendant le processus d'électrolyse.

Par exemple, une paire d'électrodes est immergée dans une solution d'un certain acide, alcali ou sel, et lorsqu'un courant électrique traverse le circuit, une charge positive est créée sur une électrode et une charge négative sur l'autre. Les ions contenus dans la solution commencent à se déposer sur l'électrode avec la charge opposée.

Par exemple, lors de l'électrolyse du sulfate de cuivre (CuSO4), les cations de cuivre Cu2+ avec une charge positive se déplacent vers la cathode chargée négativement, où ils reçoivent la charge manquante et deviennent des atomes de cuivre neutres, se déposant à la surface de l'électrode. Le groupe hydroxyle -OH abandonnera des électrons à l’anode, entraînant la libération d’oxygène. Les cations hydrogène chargés positivement H+ et les anions chargés négativement SO42- resteront en solution.

L'action chimique du courant électrique est utilisée dans l'industrie, par exemple, pour décomposer l'eau en ses éléments constitutifs (hydrogène et oxygène). L'électrolyse permet également d'obtenir certains métaux sous leur forme pure. Par électrolyse, une fine couche d'un certain métal (nickel, chrome) est appliquée sur la surface - ceci, etc.

En 1832, Michael Faraday établit que la masse m d'une substance libérée au niveau de l'électrode est directement proportionnelle à la charge électrique q traversant l'électrolyte. Si un courant continu I traverse l’électrolyte pendant un temps t, alors la première loi de Faraday sur l’électrolyse est valide :

Ici, le coefficient de proportionnalité k est appelé l'équivalent électrochimique de la substance. Elle est numériquement égale à la masse de la substance libérée lorsqu'une seule charge électrique traverse l'électrolyte et dépend de la nature chimique de la substance.

En présence d'un courant électrique dans n'importe quel conducteur (solide, liquide ou gazeux), un champ magnétique est observé autour du conducteur, c'est-à-dire que le conducteur transportant le courant acquiert des propriétés magnétiques.

Ainsi, si vous approchez un aimant d'un conducteur à travers lequel circule un courant, par exemple sous la forme d'une aiguille de compas magnétique, alors l'aiguille tournera perpendiculairement au conducteur, et si vous enroulez le conducteur autour d'un noyau de fer et passez un courant continu à travers le conducteur, le noyau deviendra un électro-aimant.

En 1820, Oersted découvrit l'effet magnétique du courant sur une aiguille magnétique et Ampère établit les lois quantitatives de l'interaction magnétique des conducteurs avec le courant.

Un champ magnétique est toujours généré par le courant, c'est-à-dire par le déplacement de charges électriques, notamment par des particules chargées (électrons, ions). Les courants opposés se repoussent, les courants unidirectionnels s’attirent.

Une telle interaction mécanique se produit en raison de l'interaction des champs magnétiques des courants, c'est-à-dire qu'il s'agit avant tout d'une interaction magnétique, et ensuite seulement mécanique. Ainsi, l’interaction magnétique des courants est primordiale.

En 1831, Faraday a établi qu'un champ magnétique changeant d'un circuit génère un courant dans un autre circuit : la force électromotrice générée est proportionnelle au taux de changement du flux magnétique. Il est logique que ce soit l'action magnétique des courants qui soit utilisée aujourd'hui dans tous les transformateurs, et pas seulement dans les électro-aimants (par exemple, dans les industriels).

Dans sa forme la plus simple, l'effet lumineux du courant électrique peut être observé dans une lampe à incandescence dont la spirale est chauffée par le courant qui la traverse jusqu'à obtenir une chaleur blanche et émet de la lumière.

Pour une lampe à incandescence, l'énergie lumineuse représente environ 5 % de l'électricité fournie, les 95 % restants étant convertis en chaleur.

Les lampes fluorescentes convertissent plus efficacement l'énergie actuelle en lumière - jusqu'à 20 % de l'électricité est convertie en lumière visible grâce au phosphore, qui reçoit une décharge électrique dans la vapeur de mercure ou dans un gaz inerte tel que le néon.

L'effet lumineux du courant électrique est réalisé plus efficacement dans les LED. Lorsque le courant électrique traverse une jonction pn dans le sens direct, les porteurs de charge - électrons et trous - se recombinent avec l'émission de photons (en raison de la transition des électrons d'un niveau d'énergie à un autre).

Les meilleurs émetteurs de lumière sont les semi-conducteurs à gap direct (c'est-à-dire ceux qui permettent des transitions optiques directes de bande à bande), tels que GaAs, InP, ZnSe ou CdTe. En faisant varier la composition des semi-conducteurs, il est possible de créer des LED pour différentes longueurs d'onde allant de l'ultraviolet (GaN) à l'infrarouge moyen (PbS). L'efficacité d'une LED comme source lumineuse atteint en moyenne 50 %.

Comme indiqué ci-dessus, chaque conducteur traversé par le courant électrique forme un cercle autour de lui. Les actions magnétiques sont converties en mouvement, par exemple dans les moteurs électriques, les appareils de levage magnétiques, les vannes magnétiques, les relais, etc.

L'action mécanique d'un courant sur un autre est décrite par la loi d'Ampère. Cette loi a été établie pour la première fois par André Marie Ampère en 1820 pour le courant continu. Il s'ensuit que les conducteurs parallèles avec des courants électriques circulant dans une direction s'attirent et se repoussent dans des directions opposées.

La loi d'Ampère est également la loi qui détermine la force avec laquelle un champ magnétique agit sur un petit segment d'un conducteur transportant un courant. La force avec laquelle le champ magnétique agit sur un élément d'un conducteur porteur de courant situé dans un champ magnétique est directement proportionnelle au courant dans le conducteur et au produit vectoriel de l'élément de la longueur du conducteur et de l'induction magnétique.

Il est basé sur ce principe, où le rotor joue le rôle d'un bâti à courant, orienté dans le champ magnétique externe du stator avec un couple M.