Ingénieur électricien ici.
Merci pour une question qui m'est si chère et si importante pour notre compréhension de l'univers.
Une fois que vous avez dépassé la sémantique, qui est couverte dans d'autres questions, il semble que le cœur de votre question soit ce qui se passe lorsque le courant coule et est-ce plus que la simple analogie de l'eau qui coule?
La majeure partie de cette compréhension est couverte dans les lois que Faraday a déduites et pour lesquelles Maxwell a créé les formules. Les équations de Maxwell sont difficiles même pour moi, je n'utilise généralement pas non plus de tels principes; mais si vous voulez passer du temps à apprendre le calcul et les tenseurs, vous pouvez vous aussi vous familiariser avec ces principes de base.
Je recommande de regarder un exemple réel, comme le flux d'électrons à travers un fil de cuivre. Un fil de cuivre est constitué d'un réseau (une sorte de cristal) d'ions cuivre. Parce qu'il manque des atomes pour compléter sa coquille, il y a des électrons libres qui se déplacent à travers ce réseau comme un gaz. Vous remarquerez si vous examinez les tableaux sur les conducteurs que certains métaux qui sont de bons conducteurs électriques conduisent également bien la chaleur pour la même raison - la chaleur est aussi une vibration d'électrons et dépend des électrons libres pour transmettre facilement la chaleur. Il existe bien sûr des exceptions, comme la pâte thermoconductrice. [https://www.thoughtco.com/examples-of-conductors-and-insulators-608318]
Normalement, les électrons libres se déplacent au hasard dans le métal; mais lorsque vous le soumettez à un potentiel électrique, les électrons se déplacent de manière plus organisée du potentiel négatif au potentiel positif. Les électrons ont une charge négative. Ils sont attirés par l'extrémité positive de la batterie. Les électrons libres se déplacent à travers le cuivre, passant de la borne négative à la borne positive de la batterie
Notez qu'ils circulent dans la direction opposée au courant conventionnel; c'est parce qu'ils ont une charge négative. La plupart des circuits électriques utilisent un courant circulant du positif au négatif, appelé flux de trou, ce n'est qu'un contre-exemple car traditionnellement, on pensait que le courant passait du positif au négatif. Je mentionne cela parce que beaucoup de pages Web et de manuels diront que les flux actuels vont du positif au négatif; c'est vrai; si vous, au lieu de regarder le mouvement des électrons, vous regardez le mouvement des trous que les électrons laissent.
Utiliser le mot courant électrique revient simplement à dire qu'une charge électrique se déplace à travers les fils en raison de l'action du potentiel, disons une batterie sur le fil. Le courant est la vitesse à laquelle la charge passe au-delà d'un point sur un circuit. Le courant dans un circuit peut être déterminé si la quantité de charge Q traversant une section transversale d'un fil en un temps t peut être mesurée. Le courant est simplement le rapport entre la quantité de charge et le temps. Courant = I = Q / t où I est le courant en ampères, Q est la charge et t est le temps. Q, la charge est mesurée en coulomb. 1 ampère = 1 coulomb / 1 seconde. C'est un tas d'électrons, disons 1 columb passe une tache sur le fil de cuivre en 1 seconde, alors vous avez un ampère de courant.
Le chemin d'un électron typique à travers un fil pourrait être décrit comme un chemin en zigzag plutôt chaotique caractérisé par des collisions avec des atomes fixes. Chaque collision entraîne un changement de direction de l'électron. En raison des collisions avec des atomes dans le réseau solide du conducteur métallique, il y a deux pas en arrière tous les trois pas en avant. L'effet global des innombrables collisions est que la vitesse de dérive globale d'un électron dans un circuit est anormalement basse. Une vitesse de dérive typique peut être de 1 mètre par heure, avec un potentiel appliqué!
Lorsque vous appliquez un potentiel électrique aux deux extrémités du circuit, l'électron continue de migrer vers l'avant. Des progrès sont toujours faits vers la borne positive. il existe de très nombreux porteurs de charge se déplaçant à la fois sur toute la longueur du circuit. Le courant est la vitesse à laquelle la charge traverse un point sur un circuit. Un courant élevé est le résultat de plusieurs coulombs de charge traversant une section transversale d'un fil sur un circuit. Si la charge est densément emballée dans le fil, il n'est pas nécessaire qu'il y ait une vitesse élevée pour avoir un courant élevé. Au lieu de cela, il doit y en avoir beaucoup qui passent par la section transversale.
Vous pourriez penser que pour cette raison le courant électrique est lent, mais comme vous le savez, il est rapide, très rapide. En fait, il voyage presque à la vitesse de la lumière, et cela est prouvé par les équations de Maxwell, oui, la nature de ce que vous demandez est décrite par ses quatre équations.
Lorsque vous actionnez un interrupteur, il provoque une réponse immédiate dans toutes les parties du circuit, mettant des porteurs de charge partout en mouvement dans la même direction du réseau. Alors que le mouvement réel des porteurs de charge se produit avec une vitesse lente, le signal qui les informe de commencer à se déplacer. Les électrons qui allument une ampoule n'ont pas à se déplacer d'abord de l'interrupteur sur toute la longueur du fil jusqu'au filament. Au contraire, les électrons qui allument l'ampoule immédiatement après l'activation de l'interrupteur sont les électrons présents dans le filament lui-même. Lorsque les électrons quittent le filament, de nouveaux électrons y pénètrent. Les électrons se déplacent ensemble comme l'eau dans les tuyaux lorsque le tuyau est déjà plein d'eau. L'eau qui sort en premier du robinet est l'eau qui était près de la buse.
Maintenant, vous demandez est-ce plus que cela?Eh bien oui, ça l'est.L'électromagnétisme ne peut être séparé, l'électricité est le magnétisme et le magnétisme est l'électricité.Tout ce qui existe, tout ce avec quoi vous interagissez, tout ce que vous voyez, toutes les ondes radio, les rayons X, l'énergie des étoiles lointaines, ce sont toutes les ondes électromagnétiques et elles sont régies par les observations et les équations de Faraday et Maxwell, respectivement.Ce que vous demandez touche à la question très fondamentale de la matière, de l'énergie et de l'existence.Je dirais que votre simple question n’est pas du tout simple, elle touche au cœur des forces fondamentales de la nature.