Électricité
Courant électrique

L'électricité

L'électricité

Nous avons deux définitions de l'électricité selon que ns se réfère à des phénomènes physiques à l'échelle macroscopique ou à l'échelle microscopique.

Avec le terme d'électricité, nous nous référons génériquement à tous les phénomènes physiques à l'échelle macroscopique qui implique l'une des interactions fondamentales, la force électromagnétique, avec une référence particulière à l'électrostatique. Au niveau microscopique, ces phénomènes sont dus à l'interaction entre particules chargées à l'échelle moléculaire: les protons dans le noyau des atomes ou les molécules ionisées et les électrons. Les effets macroscopiques typiques de telles interactions sont les courants électriques et l'attraction ou la répulsion de corps électriques ou de charges.

L'électricité est la forme d'énergie qui produit des effets de lumière, mécaniques, calorifiques, chimiques, etc., et cela est dû à la séparation ou au mouvement des électrons qui composent les atomes.

L'électricité est responsable de phénomènes physiques bien connus, tels que l'éclaircissement ou l'électrification, et constitue l'élément essentiel de certaines applications industrielles, telles que l'électronique et l'électrotechnique au moyen de signaux électriques. Dans le même temps, l'électricité est devenue le moyen de transport le plus répandu dans les réseaux électriques et l'un des moyens de transport les plus répandus pour l'information dans les télécommunications (communications électriques). L'électricité est devenue le symbole du monde moderne: l'éclairage des logements, le fonctionnement des usines et la fermeture des personnes éloignées.

L'objectif ultime de l'énergie solaire photovoltaïque est de produire de l'électricité grâce à des panneaux solaires photovoltaïques. Ces panneaux sont composés de cellules photovoltaïques qui, grâce à l'effet photovoltaïque, génèrent un faible courant électrique et, par conséquent, de l'électricité.

Charge électrique

La charge électrique est une de ces entités mesurables et utilisables, mais elle ne peut être définie en termes facilement compréhensibles, car, comme l'espace, le temps et la masse, il n'est pas facile de donner une définition exhaustive. Peut-être la meilleure façon de le définir est d'observer ses effets.

Un objet équipé d'une charge électrique exerce une force à distance sur un autre objet qui a une charge électrique. Contrairement à la gravité, qui fait qu'un objet en attire un autre, les objets avec une charge électrique peuvent s'attirer et se repousser. De plus, la gravité est directement liée à la masse des objets en question, tandis que la charge électrique et la masse ne sont pas liées lorsque les objets sont immobiles.

Les expériences montrent qu'il existe deux types de charges électriques différents. Le premier d'entre eux est appelé charge positive ou charge +, et est associé aux noyaux d'atomes de tous les éléments chimiques. La seconde est la charge négative ou -, et est typique de tous les électrons qui entourent le noyau de l'atome. En général, la charge positive du noyau est exactement égale à la somme des charges négatives des électrons qui l'entourent.

La direction des forces, qui agissent entre les objets qui ont une charge électrique, dépend du type de charge sur ces objets. Par exemple, si deux objets ont le même type de charge, les deux sont positifs ou les deux négatifs, ils se repoussent. Lorsque les deux objets ont une charge opposée, ils s'attirent l'un l'autre. Cette force d'attraction électrique, entre les noyaux positifs et les électrons négatifs, joint cette dernière au noyau.

Le montant total des charges électriques reste pratiquement constant dans le monde. Puisque les deux types de charge ont des effets opposés, le résultat normal général est la neutralité électrique ou l'absence apparente de charge. Par conséquent, afin d'observer les effets du chargement sur des quantités relativement importantes de matériau, il sera nécessaire de perturber l'équilibre normal et de produire une charge excessive sur l'objet d'une manière souhaitée.

Charge électrique dans la matière

De nombreuses substances solides ont une structure cristalline, c'est-à-dire que leurs atomes sont disposés dans une grille tridimensionnelle régulière. Cependant, dans certaines substances, les électrons entourant ces noyaux ne sont pas étroitement liés.

Dans certaines conditions, il est possible d'ajouter ou d'enlever une bonne quantité d'électrons sans perturber gravement la structure cristalline. En d'autres termes, les noyaux atomiques ont tendance à rester fixes dans leur position, mais les électrons peuvent souvent bouger. Pour donner une charge négative, seul l'excès d'électrons doit être ajouté. Cependant, en ce qui concerne la charge positive et négative, il faut se rappeler que les plus et les moins sont indicatifs d'un état électrique, et non des indicateurs d'opérations mathématiques, comme en arithmétique ou en algèbre. Quand nous voyons un signe négatif appliqué à une charge, nous devons nous rappeler qu'il indique seulement un excès d'électrons et n'a rien à voir avec la soustraction.

D'un point de vue électrique, il est possible de classer approximativement toutes les substances qui composent la matière en deux grands groupes. Les types de substances qui contiennent une quantité relativement importante d'électrons libres, qui peuvent se déplacer d'un atome à l'autre, sont appelés conducteurs électriques. Les substances dans lesquelles les électrons ne sont pas libres de se déplacer sous une contrainte modérée sont appelées isolants électriques.

La plupart des métaux sont des conducteurs d'électricité, bien que différemment des conducteurs utilisés par le secteur chimique, tels que les solutions aqueuses d'acides, de bases ou de sels. D'autre part, la plupart des substances non métalliques sont électriquement isolantes. Il n'y a pas de conducteur parfait ni d'isolant parfait, mais en pratique, un certain nombre de substances servent très bien à cet effet. Par exemple, l'argent, le cuivre, l'aluminium et même l'acier sont souvent appropriés comme conducteurs, tandis que le verre, la porcelaine, la plupart des plastiques, l'air sec et le bois sont de bons isolants. Au cours des dernières décennies, l'étude de la matière a conduit à la création de matériaux qui, dans des conditions extrêmes, parviennent à être supraconducteurs.

Définition de l'électricité et du magnétisme

L'espace autour d'un électron ou de tout autre objet qui a une charge électrique semble être dans un état de tension, appelé champ électrique. C'est ce qui interfère avec les champs électriques des autres objets électriquement chargés et provoque les forces mutuelles typiques de ces objets. Mais si un mouvement est fait aux électrons, leur chemin est entouré par un autre nouveau champ, appelé champ magnétique. L'intensité de ce champ est directement proportionnelle au nombre d'électrons en mouvement et à la vitesse à laquelle ils se déplacent, c'est-à-dire au courant.

Par conséquent, si un courant est passé à travers une bobine, c'est-à-dire un ensemble de bobines commodément disposées, de fil de cuivre, cette bobine de fil se comportera comme un aimant en acier, attirer ou repousser d'autres bobines similaires fil En enroulant une telle bobine dans une structure de fer ou de noyau, cela renforcera le champ magnétique produit. Si vous avez plusieurs bobines de fil autour d'un noyau de fer, libre de tourner, en les plaçant dans le champ de haute intensité d'une série de bobines fixes, traversées par le courant, elles vont fournir des forces mécaniques importantes. Ceux-ci feront tourner les bobines mobiles, qui effectueront un travail mécanique.

Cet appareil s'appelle un moteur électrique. Actuellement, les moteurs électriques actionnent toutes sortes de machines, des exercices délicats du dentiste aux machines gigantesques des usines modernes. Il peut y avoir beaucoup de moteurs électriques dans une maison moderne, de la chaudière au réfrigérateur, etc.

Électricité par courant alternatif et continu

Jusqu'à présent, il a été mentionné que, dans un circuit donné, les électrons se déplacent toujours dans la même direction. Un système ou circuit du type mentionné ci-dessus est appelé système à courant continu ou continu. Un exemple de ce circuit est donné par tout circuit alimenté par une batterie, par exemple, un flash au magnésium ou un système électrique dans les automobiles. Parfois, cependant, le courant ne reste pas constant, à la fois en termes de force et de sens. De nombreux circuits électriques sont utilisés dans lesquels le courant inverse régulièrement la direction de son écoulement dans le circuit.

Ce type de circuit est appelé courant alternatif. Les circuits électriques les plus courants et les plus utilisés sont les AC. Dans un circuit alternatif, la fréquence doit également être spécifiée, en plus de spécifier l'intensité du courant et la tension du circuit, ce qui est suffisant pour le circuit continu. La fréquence mesure la moitié du nombre de fois que le courant change de direction en une seconde.

Lorsque le courant et la tension changent, comme cela arrive de façon continue dans les circuits à courant alternatif, il est nécessaire de considérer l'effet de la réactance. Comme déjà mentionné, le courant génère toujours un champ magnétique. Lorsque le courant change, le champ magnétique provoqué par celui-ci change et cela provoque une force électromotrice arrière. Par conséquent, dans un circuit à courant alternatif, la tension appliquée doit surmonter l'opposition du champ magnétique variable, en plus de la résistance commune du circuit.

L'opposition trouvée par le courant alternatif est appelée réactance inductive, et elle est due au changement de son champ magnétique. Comme nous l'avons vu, les électrons se repoussent toujours, suivant l'action réciproque de leurs champs électriques. Par conséquent, un électron se déplaçant dans un conducteur peut forcer ceux d'un autre à se déplacer, même si les deux conducteurs sont isolés les uns des autres.

Par conséquent, il peut arriver qu'un courant alternatif circule même à travers un isolateur parfait, alors qu'un courant continu ne peut le faire (bien sûr, aucun électron ne se déplace réellement à travers l'isolateur, mais ce sont ses champs électriques en interaction qui produire les déplacements mentionnés ci-dessus.). Cet effet intéressant est exploité dans des dispositifs appelés condensateurs, souvent utilisés pour les circuits à courant alternatif. Par conséquent, un courant alternatif peut apparemment traverser un condensateur, mais non sans rencontrer une certaine opposition.

L'opposition à l'écoulement du courant alternatif due à l'action du condensateur est appelée réactance capacitive. La réactance inductive, la réactance capacitive et la résistance d'un circuit sont appelées, dans leur ensemble, l'impédance d'un circuit. En contrôlant la quantité de réactance inductive et capacitive dans un circuit, certains effets intéressants peuvent être observés. L'un des effets les plus importants est la résonance. Grâce à cet effet, le circuit peut être amené à résonner, c'est-à-dire traversé par un courant alternatif d'une fréquence particulière, en ignorant absolument toutes les autres fréquences qui peuvent également être présentes. C'est grâce à l'utilisation de la résonance que la radio ou la télévision peut être réglée sur une station de diffusion particulière, à l'exclusion des autres.

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Dernier examen: 21 décembre 2017

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