électricité - J`apprends l`énergie

ÉLECTRICITÉ
DÉFINITION
NATURE DU COURANT
UNITÉS DE MESURE
DÉFINITION
« Électricité » est un mot provenant du grec ἤλεκτρον, êlektron, signifiant ambre jaune. Les Grecs anciens avaient
découvert qu’après avoir été frottée, l’ambre jaune attirait des objets légers et produisait parfois des étincelles.
Cette force, c’était l’électricité statique.
L’électricité est un phénomène physique résultant du mouvement des charges électriques de la matière, se
manifestant par une énergie. Cette énergie a commencé à être maîtrisée au cours du XIXème siècle, permettant
l’avènement de la seconde révolution industrielle. Depuis, les moyens de production se sont multipliés : centrales
hydrauliques, thermiques, éoliennes, puis nucléaires… Dans un objectif de développement durable, on cherche
actuellement à utiliser le potentiel des énergies vertes (énergie solaire, énergies marines…).
L’électricité est aujourd’hui omniprésente, employée à de très nombreux usages dans nos vies quotidiennes
comme dans l’industrie. On distingue deux principaux types d’usage :
• les usages spécifiques : ce sont ceux qui ne peuvent être assurés que par l’électricité (informatique,
éclairage, appareils audiovisuels…)
• les usages dits substituables : ce sont les usages thermiques qui peuvent être assurés par d’autres
sources d’énergie (chauffage, climatisation, réfrigération…)
En France, le premier consommateur d’électricité n’est pas l’industrie, mais le résidentiel et le tertiaire.
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NATURE DU COURANT
La structure de l’atome
La matière est constituée d’atomes. L’atome est constitué :
• d’un noyau central, composé de neutrons et de protons, ces derniers portant des charges positives
• d’électrons, portant des charges négatives, qui tournent librement autour du noyau.
Comme dans chaque atome, il y a autant de protons (+) que d’électrons (-), l’atome est électriquement neutre.
Le courant dans les solides
Certains matériaux, tels que les métaux, ont la propriété de permettre aux électrons de se déplacer plus
facilement : ce sont les conducteurs.
Dans les métaux, l’électricité résulte du déplacement des électrons (chargés négativement), à l’intérieur
d’un conducteur, sous l’effet d’une différence de potentiel.
Pour qu’un courant électrique soit créé, les électrons doivent se déplacer dans un mouvement d’ensemble,
que l’on obtient en créant une différence de potentiel aux extrémités du conducteur. C’est le générateur (pile,
alternateur) qui crée cette différence de potentiel, et met en mouvement les charges électriques.
→ si le circuit est ouvert, les électrons s’agitent de façon désordonnée entre les atomes : aucun courant ne
passe.
→ lorsque le circuit est fermé, les électrons libres se déplacent ensemble de la borne négative à la borne positive
: le courant électrique est créé.
→ lorsque le courant circule en permanence dans le même sens, c’est un courant continu ; lorsqu’il change
périodiquement de sens c’est un courant alternatif.
Attention !
Il ne faut pas confondre sens réel et sens conventionnel du courant !
Lorsqu’on représente un circuit, le sens conventionnel du courant va du pôle positif vers le pôle négatif, alors
qu’en réalité, les électrons se déplacent du pôle négatif vers le positif.
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UNITÉS DE MESURE
La tension
La tension se note U.
L’unité de tension est le volt (symbole V), en l’honneur du comte Alessandro Volta, physicien italien connu pour ses
travaux sur l’électricité, qui inventa la première pile électrique en 1800.
Une pile présente un excès d’électrons (charges négatives) à sa borne négative, et un déficit d’électrons à sa
borne positive. La grandeur qui représente la concentration des charges est appelée potentiel électrique. Entre
les bornes positive et négative de la pile il existe donc une différence de potentiel, grâce à laquelle la pile est
capable de mettre en mouvement les électrons libres : on parle alors de force électromotrice de la pile.
La différence de potentiel constitue la tension électrique.
La tension nominale, valeur en volts inscrite sur un générateur ou sur un récepteur, est la tension qu’il produit ou
qu’il doit recevoir pour fonctionner normalement.
On peut utiliser des unités plus petites que le volt comme le millivolt (mV), le centivolt (cV), le decivolt (dV), le decavolt
(daV), ou plus grandes, comme le kV.
1 V= 1000 mV. 1 k V = 1000 V
L’intensité
L’intensité représente le débit du courant électrique, c’est-à-dire le nombre d’électrons qui se déplacent en un
point du circuit en une seconde.
L’intensité se note I.
L’unité d’intensité est l’ampère (symbole A), du nom du physicien français André-Marie Ampère.
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UNITÉS DE MESURE
La résistance
La résistance est la propriété physique d’un matériau conducteur à ralentir le passage d’un courant électrique.
La résistance se note R. L’unité de résistance est l’ohm (symbole Ω )
Loi d’Ohm (en courant continu) : La tension U aux bornes d’un conducteur ohmique est égale au produit de sa
résistance R par l’intensité I du courant qui le traverse : U = R x I On peut en déduire que la résistance R d’un
conducteur ohmique est le quotient de la tension U entre ses bornes par l’intensité du courant I qui le traverse : R =
U/I
La résistance est responsable d’une dissipation d’énergie sous forme de chaleur. Cette propriété porte le nom
d’effet Joule. Cette propriété peut être utilisée volontairement (résistances de chauffage), ou générer des pertes
d’énergie.
La puissance
La puissance correspond à la quantité d’énergie produite (ou consommée) par unité de temps.
La puissance se note P.
L’unité de puissance est le watt (symbole W)
La puissance électrique est fournie par le générateur et elle est consommée par le récepteur.
La puissance nominale d’un appareil est la puissance qu’il consomme en fonctionnement normal.
La puissance P (en watt) consommée par un appareil en courant continu est égale au produit de la tension U (en
volt) à ses bornes par l’intensité I (en ampère) du courant qui le traverse :
P=UxI
Le fait d’ajouter une lettre devant le W de Watts, c’est pour indiquer l’ordre de grandeur (k = kilo = mille, M = méga
= million, G = giga = milliard, T = tera = millier de milliards)
1 kW = 1000 watts
1 MW = 1 000 000 watts
1 GW = 1 000 000 000 watts
1 TW = 1 000 000 000 000 watts
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UNITÉS DE MESURE
L’énergie électrique
Définition
Le mot énergie vient du grec ἐνέργεια /enérgeia qui signifie « force en action ».
L’énergie représente le « travail » » qui peut être fourni par un système, c’est-à-dire sa capacité à modifier un état,
à entraîner un mouvement. Le travail décrit une force appliquée sur une distance, son unité est le joule.
→ L’énergie électrique provient du générateur qui fait circuler le courant, c’est-à-dire qui met en mouvement les
charges électriques par sa force électromotrice.
L’énergie se note E
Puissance et énergie
L’énergie, c’est la puissance P multipliée par la durée t
Sa formule est : E = P x t
• L’unité légale d’énergie (système international) est le joule (symbole J).
Dans ce cas, P est exprimée en watt (W), t est exprimée en seconde (s) et E est exprimée en joule (J)
• L’unité usuelle d’énergie électrique est le watt-heure (symbole Wh).
Dans ce cas, P est exprimée en watt (W), t est exprimée en heure (h) et E est exprimée en watt-heure (Wh)
L’énergie consommée par un appareil, c’est la puissance P qu’il consomme multipliée par la durée t de son
fonctionnement → 1 kWh correspond à l’énergie électrique consommée par un appareil d’une puissance de
1000W (ou 1 kW) utilisé pendant une heure.
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