La Densité de Courant et la Force Électromotrice

La densité de courant

La densité de courant électrique est définie comme une grandeur vectorielle qui a des unités de puissance par unité de surface, c'est-à-dire l'intensité par unité de surface. Mathématiquement, le courant et la densité de courant sont liés comme suit :

• I est le courant électrique en ampères (A)
• est la densité de courant en A·m⁻²
• S est le domaine d'étude en m²

Charges ponctuelles isolées

La densité de courant est liée aux porteurs de charge (électrons, trous, ions dans un électrolyte) par :

Où :

• est la concentration du porteur i.
• est la charge électrique du porteur i.
• est la vitesse moyenne du porteur i dans le volume.

La force électromotrice (FEM)

La force électromotrice est toute cause capable de maintenir une différence de potentiel entre deux points d'un circuit ouvert ou de produire un courant électrique dans un circuit fermé. C'est une caractéristique de chaque générateur. En général, elle peut être expliquée par l'existence d'un champ électrique dont la circulation définit la force électromotrice du générateur.

Elle est définie comme le travail effectué par le générateur pour faire passer, à l'intérieur de celui-ci, l'unité de charge du pôle négatif au pôle positif, divisé par la valeur en coulombs de la charge.

Ceci est justifié par le fait que, lorsque cette unité de charge circule dans le circuit externe au générateur, du positif au négatif, il est nécessaire d'effectuer un travail ou une consommation d'énergie (mécanique, chimique, etc.) pour le transport par voies navigables à partir d'un point de plus faible potentiel (le pôle négatif d'où elle vient) à l'un des plus élevés possibles (le pôle positif par où elle sort).

La FEM est mesurée en volts, comme le potentiel électrique.

Ainsi, on a :

Elle se rapporte à la différence de potentiel entre les terminaux et la résistance interne du générateur en utilisant la formule . Le produit (Ir) est la chute de potentiel qui se produit à l'intérieur du générateur à cause de la résistance ohmique offerte au passage du courant. La FEM d'un générateur coïncide avec la différence de potentiel en circuit ouvert.

La force électromotrice d'induction (ou induite) dans un circuit fermé est égale à la variation du flux d'induction du champ magnétique par unité de temps, ce qui est exprimé par la formule (loi de Faraday). Le signe « - » (loi de Lenz) indique que la direction de la force électromotrice induite est telle qu'elle s'oppose à la cause qui lui a donné naissance, contrairement à la forme simplifiée .