Notions d’électricité

Prérequis : Notions d’électricité

Ces notions sont nécessaires afin de suivre la partie technique du cours mais ne fait pas partie de la matière proprement dite. Les atomes de tous les corps se composent d’un certain nombre d’ÉLECTRONS et de PROTONS. Les premiers représentent des charges élémentaires d’électricité négative ; les protons sont des charges élémentaires positives. Le rapport entre les nombres de ces charges détermine l’état électrique ou le POTENTIEL de l’atome. Celui-ci est NEUTRE s’il contient autant d’électrons que de protons. Il est NÉGATIF si le nombre d’électrons est supérieur au nombre de protons et POSITIF dans le cas contraire. Il faut noter que, dans un atome donné, le nombre des protons demeure constant ; seuls, certains électrons peuvent migrer d’un atome à l’autre, en échappant à la force d’attraction qui existe entre les protons et les électrons. Et encore, de tels électrons dit « libres » n’existent-ils que dans certains corps dits CONDUCTEURS. Les corps dont les atomes ne comportent pas d’électrons libres appartiennent à la catégorie des ISOLANTS. En plus des électrons et des protons, le noyau d’un atome peut également contenir des NEUTRONS qui, tout en augmentant sa masse, n’exercent aucune action sur son état électrique.

COURANT ÉLECTRIQUE

Quand entre les atomes d’un conducteur existe une différence d’état électrique ou DIFFÉRENCE DE POTENTIEL, l’équilibre se rétablit grâce au passage des électrons en excédent à l’extrémité négative (ou PÔLE négatif) vers l’extrémité (ou pôle) positive du conducteur où ils manquent. Ce passage d’électrons du pôle négatif vers le pôle positif constitue le COURANT ÉLECTRIQUE. Son sens réel est opposé au sens conventionnel (du positif au négatif) arbitrairement choisi à une époque où l’on ignorait encore la nature intime du courant. Il convient de remarquer que le cheminement des électrons le long d’un conducteur s’effectue avec moins de simplicité que ne le laissent supposer les explications. Ce n’est pas le même électron qui parcourt le conducteur d’un bout à l’autre. Le plus souvent, il ne fait que passer d’un atome à l’atome voisin d’où, à son tour, un autre électron saute vers l’atome suivant et ainsi de suite. La vitesse individuelle de l’électron est relativement faible, mais le mouvement général se propage avec une vitesse constante, voisine de 300 000 kilomètres par seconde, et c’est la vitesse du courant électrique. On peut assimiler les électrons à une file de voitures arrêtées devant une barrière fermée de passage à niveau. Lorsque la barrière s’ouvre, la file s’ébranle rapidement. Très peu de temps passe entre les instants du démarrage de la première et de la dernière voiture : c’est cela la vitesse du courant. Cependant, la vitesse individuelle de chaque voiture (vitesse d’un électron) est à ce moment relativement faible.
Si rien ne vient maintenir aux extrémités du conducteur une différence de potentiel (OU TEN-SION), une fois l’équilibre électrique rétabli, le courant cessera. Pour que le courant circule sans arrêt, il faut constamment ajouter des électrons aux atomes du pôle négatif et en retirer des atomes du pôle positif. C’est en cela que consiste le rôle de toute SOURCE D’ÉLECTRICITÉ qui produit de l’ÉNERGIE ÉLECTRIQUE, qu’il s’agisse d’une pile électrique (où l’énergie chimique se transforme en énergie électrique), d’une pile thermoélectrique (transformant la chaleur en électricité) ou d’une dynamo installée dans une centrale électrique et qui transforme l’énergie mécanique d’un moteur en courant électrique.

LES TROIS EXPRESSIONS DE LA LOI D’OHM

Puisque, dans la formule de la loi d’ohm la tension U figure le dividende, la résistance R le diviseur et l’intensité 1 le quotient, rappelons-nous que le dividende est égal au produit du diviseur par le quotient. Et nous pouvons alors exprimer la même loi sous une forme nouvelle :U = I x R
Qu’est-ce à dire? Que la tension est égale au produit de l’intensité par la résistance. Ainsi en connaissant l’intensité du courant qui traverse un conducteur de résistance donnée, pouvons-nous, en multipliant ces deux valeurs, déterminer la valeur de la tension qui provoque le courant en question.
Enfin, partant de cette deuxième expression de la loi d’ohm et nous rappelant que le produit (U) divisé par l’un des multiplicateurs (I) doit nous donner l’autre (R), nous pouvons écrire :R = U / I
ce qui est une troisième expression de la loi d’ohm. Nous voyons que la résistance est égale à la tension divisée par l’intensité. Si nous connaissons la valeur de la tension aux extrémités d’un conducteur et l’intensité du courant qu’elle détermine, en divisant la première valeur par la seconde nous obtenons la valeur de la résistance du conducteur. C’est sur cette loi que sont fondés les «ohmmètres», instruments servant à mesurer la résistance des conducteurs. Ils contiennent une pile dont la tension est connue, et un ampèremètre (instrument mesurant l’intensité du courant). La tension de la pile étant appliquée au conducteur à mesurer, l’ampèremètre indique l’intensité du courant qui s’établit. Il suffit alors de diviser la tension connue de la pile par l’intensité indiquée par l’ampèremètre pour trouver la valeur de la résistance mesurée.

COURANT ALTERNATIF

Celui-ci est produit par une tension alternative : on appelle ainsi une tension variable telle que chaque extrémité d’un conducteur se trouve par rapport à l’autre à des potentiels alternativement positifs et négatifs en passant par tous les potentiels intermédiaires (y compris le potentiel nul). Il en résulte un courant qui change constamment de sens : allant dans un sens il augmente, atteint une valeur maximum (appelée AMPLITUDE), diminue, s’annule pendant un instant, puis augmente, mais dans le sens contraire, là encore atteint la même valeur maximum, diminue ensuite pour repasser par zéro et reprend le cycle de ses variations. Le temps pendant lequel s’effectue un tel cycle (qui comprend un aller et retour du courant) s’appelle PÉRIODE du courant alternatif. Le nombre de périodes que le courant accomplit en une seconde porte le nom de FRÉQUENCE du courant. On conçoit aisément que plus la période est courte, plus il y en a en une seconde, plus la fréquence est élevée. C’est le courant alternatif qui est utilisé dans la plupart des distributions actuelles d’électricité dans les villes et les campagnes. Il est produit par des machines appelées « alternateurs ». La fréquence usuelle est, en Europe, de 50 périodes par seconde, et, en Amérique, de 60 périodes par seconde.