- Électrocinétique
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L'électrocinétique est l'étude de circuits électriques et est surtout celle du déplacement de l'électricité dans les milieux matériels, par opposition à l'électrostatique qui étudie les phénomènes et les lois relatives à l'électricité immobile.
Sommaire
Définition scientifique
- «Ensemble des phénomènes et des lois relatifs aux charges électriques en mouvement»
(Dictionnaire de physique, J.-P. Mathieu, A. Kastler et P. Fleury, 1991, Éditions Masson et Eyrolles)
Principaux domaines
L'électrocinétique est une partie de l'électricité qui étudie les circuits électriques dans le cadre de l'approximation des régimes quasi-stationnaires. C'est une discipline essentielle pour l'électronique et l'électrotechnique.
L'électrocinétique comprend les études :
- De la typologie des circuits ;
- Des dipôles : classification, modélisation par des dipôles idéaux, association, …
- Du comportement des circuits lorsqu'ils sont soumis à des tensions particulières.
L'approximation des régimes quasi-stationnaires consiste à considérer l'électricité comme un fluide parfait et incompressible. La conséquence en est que l'intensité du courant qui entre à l'extrémité d'un conducteur est exactement identique à celle qui sort à l'autre extrémité.
Cela revient à considérer que dans chaque élément de volume du circuit électrique, la densité de charge stockée est constante au cours du temps :
Pour cela il faut que le produit de la dimension du circuit par la fréquence des intensités considérées soit très inférieur à la célérité de la lumière qui est de 299 792 458 m/s dans le matériau dont est fait le circuit. Par exemple, pour des fréquences de l'ordre de 1 MHz, la dimension du circuit doit être très inférieure à 300 m.
Bases de l'électrocinétique
L'électrostatique étudie les forces qui s'exercent sur des charges fixes. Elle définit la tension U (exprimée en volt) et le champ électrique
(en Volt/mètre).Lorsque ces charges sont libres, elles vont migrer sous l'effet de cette force, créant un courant électrique ; le flux de charge est exprimé par le vecteur densité de courant
(en ampère par mètre carré), ou dans un circuit par l'intensité I (en ampère).Ces charges mobiles peuvent être :
- des électrons ou des ions « volant » dans le vide (tube cathodique, spectrométrie de masse…).
- des ions dans une solution aqueuse ou un gel (électrolyse, pont salin…).
- des électrons libres et des trous d'électron dans un cristal (métal, semi-conducteur…).
Article détaillé : Conducteur (physique).
Ce courant peut être :- continu : les valeurs des tensions et des intensités sont constantes (mais varient selon l'endroit considéré).
- alternatif : les valeurs varient en fonction du temps.
Aujourd'hui, la plupart des courants sont des courants alternatifs. Ceux produits à partir d'une pile ou d'une batterie sont des courants continus.
Dans le cas le plus simple, l'intensité du courant est proportionnelle à la tension (loi d'Ohm) ; la constante de proportionnalité permet de définir la résistivité du matériau, et pour un objet sa résistance (en Ohm). On peut ainsi étudier un certain nombre de montages simples, par exemple :
Cependant, d'autres phénomènes interviennent, et notamment :
- réaction chimique : électrolyse, pile électrique, accumulateur, création d'une paire électron libre/trou d'électron….
- accélération d'une masse (moteur électrique).
- l'accumulation de charges en un endroit (condensateur).
- l' électromagnétisme (auto-induction).
- l'émission thermo-ionique.
- l'effet tunnel.
L'accumulation de charge et l'auto-induction mènent à l'étude des circuits RLC, avec en particulier la notion de filtre en courant alternatif. La création d'une paire électron/trou d'électron, l'effet thermo-ionique et l'effet tunnel jouent un rôle primordial dans les composants électroniques.
Voir aussi
- Circuit RLC.
- Impédance.
- Loi d'Ohm.
- Lois de Kirchhoff.
- Principe de superposition.
- Propulsion électrocinétique.
- Puissance.
- Théorème de Thévenin.
- Théorème de Norton.
- Théorème de Millman.
- Théorème de Kennelly.
- Théorème de Boucherot.
- Triphasé.
- Diagramme de Bode.
- Les filtres passifs.
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