L'électricité est le mouvement de charges électriques qui circulent dans un conducteur. Ce mouvement s'effectue selon certaines propriétés physiques. Ces propriétés sont incluses dans une série de lois et de théorèmes développés par les scientifiques au cours de l’histoire.
Les lois et théorèmes les plus importants liés à l’énergie électrique sont :
loi de Coulomb
La loi de Coulomb stipule que la force électrique de deux objets chargés est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. La loi de Coulomb dit aussi que cette force est directement proportionnelle au produit des charges.
Cette loi a été introduite pour la première fois en 1785 par le physicien Charles-Augustin de Coulomb .
Ley de Ampère
La loi d'Ampère a été développée par le Français André-Marie Ampère en 1831. La loi d'Ampère relie un champ magnétique statique à la cause qui le provoque. Plus tard, James Clerk Maxwell l'a corrigé et il est devenu partie intégrante des équations de Maxwell.
La loi d'Ampère indique que la circulation de l'intensité du champ magnétique dans un contour fermé est proportionnelle au courant électrique qui traverse ce contour.
La loi d'Ohm
La loi d'Ohm stipule que l'intensité du courant électrique circulant à partir d'un conducteur reliant deux points est directement proportionnelle à la tension entre les deux points et inversement proportionnelle à la résistance électrique du conducteur.
La loi d'Ohm parvient à décrire avec une grande précision le comportement de presque tous les matériaux électriquement conducteurs. Cependant, certains matériaux conducteurs ne respectent pas cette loi. C’est ce qu’on appelle des matériaux conducteurs non ohmiques.
La loi porte le nom du physicien allemand George Ohm. En 1827, George Ohm décrit les courants et les tensions produits dans des circuits électriques simples. En son honneur, la résistance s'exprime en Ohms (ω).
La loi de Faraday
La loi de Faraday sur l'induction électromagnétique est une loi fondamentale de l'électromagnétisme, avec :
- un transformateur
- un élément d'inductance
- une pluralité de générateurs fonctionnent en étroite collaboration.
La loi stipule que : « L'ampleur de la force électromotrice induite dans tout circuit fermé est égale au taux de variation du flux magnétique à travers le circuit. »
Cette loi a été découverte par Michael Faraday en 1831. Joseph Henry a découvert cette loi avant Faraday dans une étude indépendante en 1830, mais il n'a pas publié cette découverte. C’est pourquoi cette loi est appelée loi de Faraday.
Traditionnellement, il existe deux manières de modifier le flux magnétique à travers le circuit. Quant à la force électromotrice induite, ce qui change, c'est son propre champ électrique, comme le changement du courant qui génère le champ (comme un transformateur). Quant à la force motrice électromotrice, ce qui change, c'est le mouvement de tout ou partie du circuit dans le champ magnétique, comme dans un générateur de même polarité.
Lois électriques de Kirchhoff
Ces lois sont constituées de deux principes fondamentaux que nous expliquons ci-dessous :
Loi actuelle de Kirchhoff (loi des nœuds)
La loi actuelle de Kirchhoff, également connue sous le nom de loi des nœuds , est basée sur la conservation de la charge électrique. Lorsque l'on considère un nœud dans un circuit électrique, il s'agit d'un point où plusieurs conducteurs sont connectés.
Selon cette loi, la somme des courants entrant dans un nœud doit être égale à la somme des courants sortant de ce nœud. En d’autres termes, il ne peut y avoir aucune accumulation de charge sur le nœud ; la charge qui entre doit sortir.
Cette règle électrique s’exprime mathématiquement comme suit :
J'entre = je sors
Cela signifie que si plusieurs courants entrent dans un nœud et que d’autres en sortent, la somme totale des courants entrants moins la somme totale des courants sortants est égale à zéro.
Si vous additionnez tous les courants entrants et sortants, le total doit être nul.
Loi de contrainte de Kirchhoff (loi du maillage)
La loi de tension de Kirchhoff, ou loi du maillage , est basée sur la conservation de l'énergie dans un circuit.
Cette loi électrique stipule que si vous tracez un chemin fermé (ou un maillage) dans un circuit, la somme de toutes les chutes de tension le long de ce chemin doit être égale à la somme des tensions (sources d'énergie) qui s'y trouvent.
Concrètement, la loi dit que :
- Lorsque vous traversez un composant consommateur d'énergie (comme une résistance), la chute de tension est considérée comme négative.
- Lorsque vous traversez une source de tension (comme une batterie), la tension est considérée comme positive.
Ainsi, si on additionne toutes les tensions dans un circuit fermé, on obtiendra zéro :
V sources = V tombe
Ce principe implique que l'énergie totale fournie dans le circuit est égale à l'énergie consommée.
C'est comme si vous parcouriez un itinéraire : si vous commencez et terminez au même endroit (comme sur une grille), les altitudes totales (tensions) que vous montez doivent être égales aux altitudes totales (tensions) que vous montez.
La loi de Gauss
La loi de Gauss est un principe de l'électromagnétisme qui décrit comment le flux électrique à travers une surface fermée est lié à la quantité de charge électrique à l'intérieur de cette surface.
En termes simples, cette loi stipule que si vous imaginez une sphère ou toute forme fermée autour d’une charge électrique, le flux électrique total quittant cette surface est directement proportionnel à la charge qui y est enfermée.
L’idée derrière cette loi électrique est que le flux électrique représente le nombre de lignes de champ électrique traversant la surface. S’il y a plus de charges à l’intérieur de la surface, davantage de lignes de champ en sortiront. Ce principe s'applique quelle que soit la forme de la surface, pour autant que celle-ci reste fermée.