Des charges en mouvement

Un courant est un mouvement de charges

Jusqu’à maintenant, nous avons considéré le champ électrique produit par des charges statiques. Maintenant, nous devons considérer le cas plus compliqué des courants, c’est-à-dire, de charges en mouvement.

Du pôle positif au pôle négatif

Prenons le cas tout simple d’une pile. Si nous raccordons le pôle positif et le pôle négatif de la pile avec un fil métallique (figure ci-dessous), un courant passera dans le fil jusqu’à ce que la pile se décharge, alors que le fil se réchauffe (l'énergie stockée dans la pile est transformée en chaleur). Par définition, le courant va toujours du pôle positif vers le pôle négatif (le sens de la fleche orange).

Le courant dans un fil est dû au mouvement des électrons (dans le sens inverse)

Par définition, le courant va toujours du pôle positif vers le pôle négatif (le sens de la fleche orange). Cependant, cette direction conventionnelle est un héritage d'une époque où la structure microscopique des courants était encore inconnue et ne reflète pas le sens physique du mouvement. Aujourd'hui, nous savons qu'un métal est composé de noyaux atomiques et d'électrons, qui remplissent l'espace entre les noyaux (la figure ci-dessus montre un agrandissement d'un petit morceau de fil ; dans cet agrandissement les noyaux atomiques sont montrés en bleu et les électrons en rouge). Les noyaux ont une charge positive. Les électrons ont une charge négative. Le courant est le mouvement des électrons dans le fil : le pôle négatif de la pile repousse ses électrons dans le fil ; les électrons se se déplacent dans le fil et en sortent par le pôle positif de la pile, qui les attire.

Les fils électriques sont neutres (même s'ils contiennent des charges)

Globalement, le fil est neutre, parce qu’il contient le même nombre de charges positives (de protons) et de charges négatives (d’électrons), donc il ne produit aucun champ électrique. Cela n’empêche pas qu’il y ait un mouvement des charges négatives par rapport aux charges positives.

Pour illustrer ce concept, on pourrait comparer le fil à une grande salle d’attente, dans laquelle il y a le même nombre d’hommes et de femmes. Les hommes sont toujours là. Aucun ne bouge de sa chaise. Mais toutes les dix minutes, une femme sort et une autre rentre à sa place. Le rapport hommes/femmes dans la salle reste égal à 1, mais il y a un mouvement des femmes mais pas des hommes. Dans cette métaphore, les hommes sont les protons, les femmes sont les électrons qui se déplacent plus facilement dans le métal et qui donc transportent le courant. L'importance de ce mouvement relatif deviendra bientôt évidente, alors que nous parlerons des champs magnétiques.