Électricité : Différence entre versions

Version actuelle datée du 14 juin 2023 à 10:51

Un article (fourre-tout et sommaire) sur l'électricité et les notions qui gravitent autour.

Du fait de la parenté très forte entre énergie électrique et travail mécanique. Il est devenu tout à fait naturel d'exprimer la puissance d'une machine électrique en watts, plutôt eg qu'en Newtons-mètres. (Notons quand même que pour certaines machines, leur puissance est parfois exprimée en joules).
D'après F. Vatin, c'est en partie l'inhomogénéité des unités de base de la mécanique (longueurs en mètres, yards, etc), qui fait que l'unité watt s'est imposée.

La quantité de travail (totale) produite par une machine donnée est égale à la puissance de cette machine multipliée par le temps de fonctionnement. C'est une autre manière de retrouver que le travail peut aussi s'exprimer en watt-heures.

Le fournisseur d'électricité exprime la quantité d'électricité qu'il vend en kWh (kilowatts-heure). C'est ainsi qu'est facturée la quantité d'énergie électrique qui entre dans une maison. énergie électrique qui est ensuite convertie de plein de manières : en chaleur dans un four, en lumière dans les lampes, en mouvement mécanique dans un mixer, etc.

L'énergie électrique est intéressante entre autres du fait de cette versatilité, ie du fait de l'infinité d'engins divers disponibles et capables d'exploiter l'électricité pour rendre toute une gamme de services bien utiles.

(NB : pour un abonnement de fourniture d'électricité, le fournisseur d'électricité indique aussi la puissance maximale souscrite).

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Kilowatt-heure

Voltage, Ampères

Le volt est l'unité qui sert à mesurer la tension d'un courant.
Le volt n'a pas l'honneur d'être une unité de base du SI, il est une unité dérivée des unités de base kg, mètre, seconde et ampère.

L'ampère est l'unité qui sert à mesurer l'intensité d'un courant.
L'ampère est une des 7 unités de base du Système International (toutes les nombreuses autres unités sont juste des dérivées/combinaisons de ces 7 unités de base).
L'intensité d'un courant, c'est la "largeur" de ce courant, "largeur" qui dépend directement de la facilité offerte (ou non) au courant pour circuler dans son circuit, càd en fait de la résistance/résistivité du circuit.

Quand on multiplie des volts par des ampères, on obtient des watts, ie de l'énergie électrique. L'énergie électrique est l'une des formes que peut prendre l'énergie.

Analogie avec l'eau

Une analogie très parlante, et pertinente, est l'analogie électricité/eau.
Voir eg http://www.savoir-sans-frontieres.com/JPP/telechargeables/Francais/electricite_enfants.htm très bonne BD sur le sujet.

Pour saisir pourquoi le voltage de piles en série s'additionne, il faut se représenter chaque pile comme un réservoir d'électricité fermé hermétiquement et les fils conducteurs reliés au réservoir comme des tubes, sans fuites.
Dans un tel système avec de l'eau, la pression totale sera égale à la hauteur totale de la colonne d'eau (car aucun réservoir ne peut déborder, et la pression se transmet donc intégralement).
Et bien, c'est pareil avec l'électricité.

Montage en série

Quand on place 2 piles en série, les tensions/voltages s'additionnent. C'est un fait qui s'observe (et qui s'explique).
On peut penser à la première piles de Volta, qui était un empilement vertical de paires de disques. Volta n'empilait pas les paires de disques pour faire joli, mais bel et bien parce qu'un empilement de 20 paires fournissait plus de tension qu'un empilement de 3 paires.
La tension d'une pile est parfois aussi appelée, à raison, force électromotrice. Une force créée par des phénomènes chimico-physiques, qui met en mouvement des électrons et crée un courant d'électrons. Une pile crée bel et bien une force entre ses 2 bornes, une force dont on peut dire qu'elle "pousse" des électrons depuis une borne ou "attire" des électrons vers l'autre borne. Quand un employé pousse des caisses à la queue leu leu sur une rampe de chargement, si un autre employé se place derrière le premier et le pousse également, la force de poussée est doublée.
On peut aussi penser au tir à la corde :

Montage en parallèle

Quand on place 2 piles en parallèle, ce sont les intensité/ampères qui s'additionnent.
Si on a bien à l'esprit que l'intensité est un débit, analogue à un débit hydraulique, c'est parfaitement logique.

Résistance

Si on connecte maladroitement, les 2 bornes d'une pile par un fil de cuivre de forte section (ie résistance quasi-nulle), le courant va pouvoir circuler très facilement, ie s'écouler très rapidement. On va donc avoir une intensité élevée (et un fil qui peut chauffer jusqu'à fusion) et une pile qui va se vider très vite. On peut dire que R ~= 0 => A grand.
Si on ne connecte pas les bornes d'une pile, ou qu'on connecte les bornes avec un matériau non conducteur (ie connexion avec une résistance infinie), aucun courant ne va circuler. On aura une intensité de courant nulle. Et la pile ne va pas se vider. On peut dire que R grand => A ~= 0
Ces 2 exemples limites, illustrent bien que, dans un système électrique, résistance R et intensité A varient (logiquement) inversement. En pratique, on définit la résistance comme R = V/A. Ce qui correspond bien à cette relation inverse entre R et A, et donne en plus une valeur pertinente à la résistance.

Historiquement, ceci est en fait la loi d'Ohm : https://fr.wikipedia.org/wiki/Loi_d'Ohm La loi d'Ohm est une loi physique empirique bref, c'est une loi (plutôt évidente) qui se constate dans les faits.

L'unité de résistance électrique est l'ohm (Ω) et 1 Ω = 1 volt / 1 ampère.

En fonction de l’individu, le corps humain présente une résistance variable, de l’ordre de 3 à 5 kΩ.

Piles

Dans les spécifications d'une pile, ne figure que le voltage et la charge (en mAh).
Le voltage est en général indiqué explicitement.
La charge de la pile est indiquée implicitement par son format -> https://www.fournisseurs-electricite.com/guides/conseils/choisir-format-piles-batteries

Il n'y a pas d'ampérage indiqué sur une pile, car :

• ce n'est pas la pile qui fixe l'ampérage délivré, mais la nature du circuit (petit gadget consommant peu ou machine gourmande) dans lequel est exploité la pile,
• chaque pile (et cela dépend de sa chimie interne) est capable de délivrer du courant dans une plage d'ampérage

1 Ah indique en théorie que l’on peut tirer 1 ampère de courant pendant une heure, ou 0,1 A pendant 10 heures, ou 0,01 A (aussi connu comme 10 mA) pendant 100 heures.

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Format_des_piles_et_accumulateurs_électriques
• https://www.pile.fr/parlons/capacite-puissance

Histoire

C'est Volta qui, le premier, emploie les termes de tension et électromoteur (pour désigner ses piles).

Les expériences qui jalonnent les progrès dans la compréhension des phénomènes électriques s'étalent sur des siècles et sont innombrables. C'est très souvent un événement non planifié qui est la cause d'une découverte majeure (eg l'électrolyse).

Voir aussi

• Électromagnétisme
• Consommation électrique

Liens externes

• https://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_électrique
• http://seaus.free.fr/spip.php?article324 Histoire des unités électriques
• https://www.futura-sciences.com/maison/questions-reponses/electricite-tension-intensite-electrique-laquelle-plus-dangereuse-14826/ électrocution, danger
• https://www.fiches-auto.fr/articles-auto/tutoriels/s-2293-ordre-pour-debrancher-et-rebrancher-une-batterie-de-voiture.php toujours débrancher le moins d'abord, et vice-versa pour brancher.