QCM : Conduction électrique et lois d’Ohm — 21 questions

Explication

Sans dissipation, le champ électrique produit une accélération qui se poursuit, de sorte que la vitesse augmente au cours du temps. Une vitesse limite correspondrait à un mécanisme dissipatif, absent dans cette situation.

Explication

Dans le modèle de Drude, l’électron gagne de la vitesse entre deux collisions puis cède une partie de son énergie cinétique aux atomes lors du choc. L’idée d’un déplacement sans perte d’énergie ne décrit donc pas le mécanisme dissipatif du modèle.

Explication

La vitesse moyenne de dérive est proportionnelle au champ électrique et s’écrit $\vec{v}=\frac{q\tau}{m}\vec{E}$. Inverser le rôle de la masse, de la charge ou du temps de collision modifierait cette dépendance établie par le modèle.

Explication

L’intensité mesure un débit de charge : elle indique quelle quantité de charge traverse une section pendant une unité de temps. La charge totale et la vitesse des porteurs sont des grandeurs différentes, même si elles peuvent intervenir dans le courant.

Explication

L’intensité instantanée est la dérivée de la charge par rapport au temps, soit $I=\frac{dq}{dt}$. Une charge traversée sur une durée finie ne fournit pas directement cette dérivée instantanée.

Explication

L’intensité est une grandeur scalaire algébrique : son signe traduit le sens du courant par rapport à l’orientation choisie. La résistance, la masse des charges et la section peuvent influencer d’autres aspects du circuit, mais ne définissent pas directement ce signe.

Explication

La densité de courant possède une direction et un sens, tandis que l’intensité est une grandeur scalaire algébrique. Elle est orientée dans le sens du mouvement des charges positives, ce qui la distingue d’un simple débit scalaire.

Explication

Pour une section uniforme, la densité de courant est l’intensité répartie sur la surface, donc $\vec{j}=\frac{I}{S}\vec{u}$, et son unité est l’ampère par mètre carré. Une augmentation de la surface à intensité constante réduit ainsi la densité.

Explication

L’intensité est obtenue en combinant la densité de porteurs, leur charge, leur vitesse moyenne et la surface traversée, ce qui donne $I=nqvS$. Diviser par la section ou par la vitesse ne correspond pas au flux de charges traversant le conducteur.

Explication

La loi d’Ohm locale relie directement la densité de courant $\vec{j}$ au champ électrique $\vec{E}$ par la conductivité $\sigma$. La relation $U=RI$ appartient à la loi d’Ohm globale et concerne la tension et l’intensité.

Explication

La conductivité décrit l’aptitude intrinsèque d’un matériau à conduire les porteurs de charge et dépend notamment de la température. La résistance caractérise le conducteur réalisé et varie aussi avec sa forme et ses dimensions.

Explication

Le champ électrique fixe les différences de potentiel entre les points, tandis qu’une constante arbitraire peut être ajoutée à toutes les valeurs du potentiel. La tension ne dépend donc pas du choix commun de cette référence.

Explication

Les charges positives et le courant conventionnel se déplacent des régions de haut potentiel vers celles de bas potentiel. Le sens opposé correspond au déplacement des charges négatives, comme les électrons.

Explication

La tension entre A et B est une différence algébrique de potentiels et son signe dépend de l’ordre des points. Inverser A et B inverse donc l’orientation de la tension, contrairement à une différence non orientée.

Explication

La loi d’Ohm globale donne $U=RI$, donc $U=5\times2=10\,\mathrm{V}$. La relation locale utiliserait plutôt la conductivité, le champ électrique et la densité de courant.

Explication

La résistance est le coefficient de proportionnalité entre la tension appliquée au conducteur et l’intensité qui le traverse. La propriété intrinsèque du matériau correspond plutôt à la résistivité ou à la conductivité.

Explication

La relation $R=\rho\frac{L}{S}$ montre que la résistance est proportionnelle à la longueur lorsque la résistivité et la section restent constantes. Doubler $L$ double donc $R$.

Explication

La conductivité et la résistivité caractérisent le matériau indépendamment de la forme de l’échantillon. La résistance et la conductance concernent le conducteur réalisé et dépendent également de sa longueur et de sa section.

Explication

La puissance mesure le débit auquel un appareil consomme de l’énergie électrique. La quantité totale consommée correspond à l’énergie, et non à la puissance.

Explication

La relation $P=UI$ donne ici $P=230\times2=460\,\mathrm{W}$. La division de la tension par l’intensité ne correspond pas à la formule de la puissance électrique.

Explication

La relation $E=Pt$ conduit à $E=500\times3=1500\,\mathrm{Wh}$. La valeur $500\,\mathrm{Wh}$ correspondrait à une seule heure de fonctionnement, pas à trois heures.