Électrocinétique
Ce que tu vas travailler
Relier charges, champs, courants et énergie électrique.
Prérequis : Forces, énergie et résolution de systèmes simples.
Lis les explications, refais les exemples sur papier, puis cherche les exercices avant d’ouvrir leur correction. La fiche de synthèse, lorsqu’elle est disponible, sert à réviser après le cours.
Un ECG mesure des courants de quelques microampères. Un bistouri électrique en délivre des milliers de fois plus pour couper un tissu. Entre les deux, la même physique : des charges qui circulent, une tension qui les pousse, une résistance qui les freine.
Tout le chapitre tourne autour d'une relation, U = R·I, et de deux règles de comptage : les nœuds et les mailles.
Sommaire du cours
1Le courant électrique : un débit de charges
Un courant électrique est un déplacement ordonné de charges — dans un métal, des électrons. L'intensité I mesure le débit de charge qui traverse une section du fil :
Attention au sens conventionnel : par convention historique, le courant circule du + vers le − à l'extérieur du générateur… alors que les électrons, chargés négativement, vont en sens inverse. Les lois des circuits utilisent toujours le sens conventionnel.
L'analogie hydraulique
Pense à un circuit d'eau : la tension est la différence de pression imposée par la pompe (le générateur), le courant est le débit d'eau, la résistance est un étranglement du tuyau. Presque toutes les intuitions correctes du chapitre en découlent.
Le corps humain conduit le courant, et il en faut très peu pour le mettre en danger :
| Intensité (ordre de grandeur) | Effet sur le corps humain |
|---|---|
| 1 mA | seuil de perception, picotement |
| 10 mA | tétanisation musculaire : impossible de lâcher le conducteur |
| 30 à 75 mA | risque de fibrillation ventriculaire |
| 1 A et plus | arrêt cardiaque, brûlures internes |
Pour le futur médecin
Le cœur est un générateur électrique : chaque battement naît d'une onde de dépolarisation que l'ECG enregistre à la surface de la peau (quelques millivolts à peine). Ce système est fragile : quelques dizaines de milliampères traversant le thorax suffisent à désynchroniser les cellules cardiaques — c'est la fibrillation ventriculaire, mortelle en quelques minutes. Paradoxe superbe : le défibrillateur sauve avec le même phénomène, en envoyant un courant bref et contrôlé (environ 150 à 360 joules) qui « réinitialise » toutes les cellules en même temps.
🧩 Une charge de 12 C traverse la section d'un fil en 4 s. Quelle est l'intensité du courant ?
Facile🧩 Un courant de 0,5 A circule pendant 2 minutes. Quelle charge a circulé, et combien d'électrons cela représente-t-il ?
Intermédiaire2La loi d'Ohm : U = R·I
La tension U (en volts) mesure la différence de potentiel entre deux points — la « pression électrique » qui pousse les charges. La résistance R (en ohms, Ω) mesure l'opposition au passage du courant. La loi d'Ohm relie les trois grandeurs :
Lecture physique : à résistance fixée, doubler la tension double le courant. À tension fixée, doubler la résistance divise le courant par deux. Manipule le circuit ci-dessous pour le sentir :
🔧 Règle la tension et la résistance : le courant obéit à U = R·I, sans exception.
I = U/R = 300 mA
P = U·I = 2,70 W
À U fixe, doubler R divise I par 2 — la résistance porte bien son nom.
Une loi, pas une définition universelle
La loi d'Ohm ne vaut que pour les conducteurs ohmiques (résistances, fils métalliques à température constante). Un filament de lampe qui chauffe, une diode ou un électrolyte ne la suivent pas : leur rapport U/I varie. Au concours, sauf mention contraire, les résistances sont ohmiques.
🧩 Une résistance de 220 Ω est traversée par un courant de 50 mA. Quelle est la tension à ses bornes ?
Facile🧩 Sous 12 V, un résistor est traversé par 0,4 A. Quelle est sa résistance ? Quel courant le traverse si on double la tension ?
Intermédiaire- 1Vérifie que U, R et I concernent le même dipôle. C'est l'erreur la plus fréquente en circuit complexe.
- 2Volts, ohms, ampères : un mA oublié divise le résultat par mille.
- 3Pour la puissance, pars toujours de P = U·I ; P = R·I² et P = U²/R en découlent.
3Les associations de résistances
Deux façons de brancher des résistances, deux logiques opposées. En série (bout à bout), le même courant traverse tout : les oppositions s'additionnent. En parallèle (côte à côte), le courant se partage entre plusieurs chemins : le passage global devient plus facile.
Le point que le concours adore
En parallèle, la résistance équivalente diminue : elle est toujours plus petite que la plus petite des branches. Ouvrir un chemin supplémentaire ne peut que faciliter le passage du courant — comme ouvrir une deuxième caisse au supermarché. Si ton calcul donne une équivalente plus grande, il est faux.
Vérification express
Deux résistances identiques R en parallèle donnent R/2 ; n résistances identiques en parallèle donnent R/n. Utilise ce cas particulier pour tester ta formule en dix secondes.
🧩 R1 = 100 Ω et R2 = 150 Ω. Calcule la résistance équivalente en série, puis en parallèle.
Intermédiaire🧩 Une résistance de 4 Ω est en série avec l'ensemble {6 Ω en parallèle avec 3 Ω}, le tout sous 12 V. Quel courant débite le générateur ?
Concours- 1Un seul chemin possible pour le courant → série : les résistances s'additionnent (R = R₁ + R₂).
- 2Le courant a le choix entre plusieurs branches → parallèle : ce sont les inverses qui s'additionnent.
- 3Contrôle : en parallèle, la résistance équivalente est toujours plus petite que la plus petite des deux.
4Puissance et effet Joule
Toute résistance parcourue par un courant chauffe : c'est l'effet Joule, exploité par le grille-pain et redouté dans les câbles. La puissance dissipée s'écrit de trois façons équivalentes, obtenues en combinant P = U·I avec la loi d'Ohm :
La puissance (watts) est un débit d'énergie ; l'énergie consommée est E = P·t. Le kilowattheure du compteur électrique est une unité d'énergie : 1 kWh est l'énergie d'un appareil de 1 kW fonctionnant 1 h.
Le réflexe kWh
Pour un calcul de facture, reste en kW et en heures : E(kWh) = P(kW) × t(h). Ne convertis en joules que si l'énoncé l'exige — c'est plus rapide et moins risqué.
🧩 Un radiateur branché sur 230 V est traversé par un courant de 5 A. Quelle est sa puissance ?
Facile🧩 Un chauffe-eau de 2 000 W fonctionne 3 h par jour. Quelle énergie consomme-t-il par jour, et que coûte-t-il sur 30 jours à 0,30 €/kWh ?
ConcoursVu au concoursL'effet Joule, grand classique
On te donne un appareil, sa puissance et sa tension, puis on demande le courant ou la résistance. Pars de P = U·I, puis remplace avec la loi d'Ohm. Deux lignes, la question est pliée.
5Les lois de Kirchhoff : nœuds et mailles
Dans un circuit à plusieurs branches, deux lois de bon sens organisent tout. La loi des nœuds traduit la conservation de la charge : en un point de branchement, tout le courant qui arrive repart — rien ne s'accumule, rien ne disparaît. La loi des mailles traduit la conservation de l'énergie : le long de n'importe quelle boucle fermée, la tension fournie par le générateur est intégralement répartie entre les récepteurs.
Conséquences directes à connaître : en série, le courant est identique partout et les tensions s'ajoutent ; en parallèle, la tension est identique sur chaque branche et les courants s'ajoutent. Au concours, la plupart des questions « Kirchhoff » se résolvent avec ces deux phrases, sans système d'équations.
La méthode en trois gestes
1) Réduis le circuit avec les résistances équivalentes. 2) Calcule le courant principal avec U = R·I. 3) Remonte le circuit : loi des nœuds pour partager les courants, loi des mailles pour vérifier que les tensions retombent sur la tension du générateur.
🧩 Un courant de 3 A arrive à un nœud d'où partent deux branches. La première emporte 1,2 A. Que vaut le courant dans la seconde ?
Intermédiaire🧩 Un générateur de 12 V alimente en série deux résistances de 20 Ω et 40 Ω. Calcule le courant et la tension aux bornes de chaque résistance.
ConcoursLes erreurs qui coûtent des points
Additionner des résistances en parallèle
en parallèle on additionne les INVERSES : 1/R = 1/R1 + 1/R2 — l'équivalente diminue.
Obtenir une équivalente parallèle plus grande que les branches
impossible : elle est toujours inférieure à la plus petite branche.
Oublier de convertir les mA en A
50 mA = 0,05 A ; garde les unités SI avant d'appliquer U = R·I.
Confondre kWh et kW
le kWh est une énergie, le kW une puissance : E(kWh) = P(kW) × t(h).
Appliquer « produit sur somme » à trois résistances
cette formule ne vaut que pour DEUX branches ; sinon, passe par les inverses.
Confondre sens conventionnel et sens des électrons
les lois du circuit utilisent le sens conventionnel, du + vers le −.
Écrire P = U·I² ou P = R·I
les bonnes formes sont P = U·I = R·I² = U²/R : vérifie avec les unités.
Points clés à retenir
- I = Q/t : l'intensité est un débit de charges ; 1 A = 1 C/s ; sens conventionnel du + vers le −.
- Loi d'Ohm : U = R·I pour un conducteur ohmique — proportionnalité entre tension et courant.
- Série : R = R1 + R2, même courant partout, les tensions s'ajoutent.
- Parallèle : 1/R = 1/R1 + 1/R2, même tension partout, les courants s'ajoutent — l'équivalente diminue.
- Puissance : P = U·I = R·I² = U²/R ; effet Joule = échauffement de toute résistance parcourue.
- Énergie : E = P·t ; 1 kWh = 3,6 × 10⁶ J — l'unité du compteur est une énergie.
- Danger biologique : quelques dizaines de mA à travers le thorax suffisent à déclencher une fibrillation ventriculaire.
Le chapitre en 8 points
01 / 08
Courant électrique
I = Q/t : un débit de charges à travers le fil, mesuré en ampères.
Passe à l’entraînement sur ce chapitre
Retrouve les séries disponibles dans l’espace d’entraînement.
Avant de passer à la suite
Peux-tu expliquer les notions sans relire le cours et refaire les exercices sans regarder la solution ? Marque ce cours terminé quand tu es prêt. Ce suivi personnel ne mesure pas ta maîtrise à l’examen.
Progression enregistrée sur cet appareil, sans synchronisation avec ton compte. Le navigateur doit autoriser le stockage local.
Chapitre suivant
Électromagnétisme