Certaines manifestations naturels, comme les éclairs ou l'électricité statique sont observés sans être vraiment compris depuis la nuit des temps. Mais ce n'est qu'assez récemment, partir de la fin du XVIe siècle que les scientifiques ont commencé à étudier ces phénomènes afin de comprendre les mécanismes afin d'en établir les lois que nous connaissons aujourd'hui.
Un atome est constitué d'un noyau et d'électrons, un électron libre est un électron se détachant de son atome. Le déplacement d'électrons libres d'un point à un autre est appelé courant électrique. Les matériaux bons conducteurs (comme le cuivre ou l'aluminium) possèdent beaucoup d'électrons libres, à l'inverse les matériaux isolants (comme le plastique ou le caoutchouc) en contiennent très peu.
Les effets du courant électrique
Effet calorifique (effet Joule)
Lorsqu'un courant électrique traverse un matériau résistant, une partie de l'énergie électrique se transforme en chaleur. Ce phénomène, appelé effet Joule, est exploité dans de nombreux appareils du quotidien :
- Radiateurs électriques
- Fers à repasser
- Grille-pains
- Ampoules à incandescence
Effet chimique
L'électricité peut provoquer des réactions chimiques, un principe exploité dans :
- Les batteries et piles rechargeables
- L'électrolyse industrielle
- La galvanoplastie (dépôt d'une couche métallique sur un objet)
Dans une solution électrolytique (comme le sulfate de cuivre ou un mélange d'eau, d'acide et de sel), les électrons se déplacent entre deux électrodes (anode et cathode), provoquant des réactions qui permettent soit de stocker l'énergie (batteries), soit de modifier la composition chimique des substances.
Effet magnétique
Un conducteur parcouru par un courant électrique génère un champ magnétique autour de lui. Cet effet est amplifié lorsque le conducteur est enroulé en forme de bobine. Ce principe est à la base de nombreuses applications :
- Électroaimants
- Moteurs électriques
- Alternateurs
- Sonnettes et relais électromagnétiques
Les mesures du courant électrique:
L'intensité
L'intensité du courant électrique correspond au nombre d'électrons qui traversent un point du circuit en une seconde. Elle se mesure en ampères (A), unité nommée en hommage au physicien français André-Marie Ampère. Lorsque deux corps de charges électriques opposées sont reliés par un conducteur, les électrons circulent du corps négatif vers le corps positif pour rétablir l'équilibre électrique.
La tension
La tension électrique représente la différence de potentiel électrostatique entre deux points. Elle correspond à l'énergie nécessaire pour déplacer un électron entre ces deux points. Elle s'exprime en volts (V), en référence au physicien italien Alessandro Volta, inventeur de la première pile électrique.
La résistance
La résistance électrique mesure l'opposition d'un matériau au passage du courant électrique. Son unité est l'ohm (Ω), nommée d'après le physicien allemand Georg Ohm. Par définition, une résistance de 1 ohm correspond à un circuit traversé par un courant de 1 ampère lorsqu'il est soumis à une tension de 1 volt.
Type de courant électrique :
Le courant continu (CC ou DC)
Le courant continu se caractérise par un flux d'électrons qui se déplace de manière ininterrompue dans une seule direction. On le trouve dans :
- Les piles et batteries
- Les dynamos de vélo
- Les panneaux solaires
Par convention, le sens du courant électrique est considéré comme allant du pôle positif vers le pôle négatif. Cependant, dans la réalité physique, les électrons se déplacent de la borne négative vers la borne positive. Les bornes sont clairement polarisées (+ et -).
Le courant alternatif (CA ou AC)
Le courant alternatif, qui alimente nos installations électriques domestiques, se distingue par une intensité et une tension qui varient selon une courbe sinusoïdale. La fréquence, qui correspond au nombre d'oscillations complètes par seconde, s'exprime en hertz (Hz). En France et dans la plupart des pays européens, cette cette fréquence est de 50 Hz, tandis qu'elle est de 60 Hz en Amérique du Nord.
Applications dans notre vie
Production et distribution d'électricité
L'électricité peut être produite par diverses méthodes :
- Centrales thermiques (charbon, gaz, nucléaire)
- Énergies renouvelables (hydraulique, éolienne, solaire)
- Piles à combustible
Électronique et informatique
Les circuits électroniques, composés de semi-conducteurs, permettent de contrôler précisément le flux d'électrons, rendant possibles :
- Les ordinateurs et smartphones
- Les systèmes de communication
- L'automatisation industrielle
Électricité et santé
L'électricité joue un rôle parfois méconnu dans le domaine médical :
- Appareils de diagnostic (IRM, scanner)
- Stimulateurs cardiaques
- Défibrillateurs
