1. Qu’est-ce que l’électricité ?
Les électrons
L’électricité est le déplacement de particules chargées, généralement des électrons.
Un électron a une charge électrique de −1,602 × 10−19 C (coulomb: unité de charge électrique du Système international).
Pour rappel, les électrons font partie intégrante de la matière: chaque atome est composé d’un noyau (généralement constitué de protons et de neutrons) qui est entouré d’un nuage d’électrons.
Modèle simple de l’atome d’hélium:
>> Au centre, le noyau constitué de protons (en rouge) et de neutrons (en vert).
Les protons sont des particules chargées positivement tandis que les neutrons ont une charge électrique nulle.
>> En périphérie, des électrons (en jaune) qui « gravitent ».
Les électrons sont des particules chargées négativement.
Un atome est électriquement neutre, car il possède autant d’électrons (chargés négativement) que de protons (chargés positivement).
Lorsqu’on arrive à mettre en mouvement des électrons, ils se déplacent d’un atome à l’autre. Cela entraine un déplacement de charges électriques. C’est ce qu’on appelle l’électricité!
Mais attention! Le déplacement des électrons dépend des atomes qui composent un matériau:
>> Si dans un matériau les électrons se déplacent facilement, on dit qu’il est conducteur.
>> Si dans un matériau on n’arrive pas à mettre les électrons en mouvement, on dit qu’il est isolant.
2. La différence de potentiel
La différence de potentiel est une notion applicable au courant continu uniquement.
En courant continu, un niveau électrique s’appelle un potentiel. Le potentiel au niveau de la terre est égal à zéro.
Un potentiel s’exprime en volts (V).
Pour que des électrons se déplacent, il faut qu’il y ait une différence de potentiel électrique entre deux points d’un circuit fermé.
Pour comprendre cette idée, comparons les électrons à des billes dans un tube.
Première situation:
Si le tube est à l’horizontal, la hauteur de chaque côté est identique:
H1 = H2
Comme il n’y a pas de différence de hauteur, les billes ne se déplacent pas.
De la même façon:
Si il y a le même potentiel électrique de chaque côté d’un récepteur:
VA=VB
Comme il n’y a pas de différence de potentiel, les électrons ne se déplacent pas. L’intensité du courant électrique I est nulle.
Deuxième situation:
Chaque tube est à une hauteur différente.
Il n’y a pas de passage entre le premier et le deuxième tube. Dans chaque tube, les billes sont à la même hauteur, elles ne se déplacent pas.
De la même façon:
Deux portions du circuit électrique sont à un potentiel différent, mais elles sont séparées. Le circuit est ouvert.
Il n’y a pas de déplacement d’électron.
De chaque côté du contact ouvert, le potentiel est uniforme.
Troisième situation:
La hauteur est différente de chaque côté du tube et le circuit est fermé.
Les billes se déplacent.
Si la différence de hauteur augmente, le nombre de billes passant chaque seconde en un point du tube augmente.
De la même façon:
Il y a une différence de potentiel aux bornes du récepteur et le circuit électrique est fermé.
Des électrons circulent dans le circuit: l’intensité du courant électrique I n’est plus nulle.
Si la différence de potentiel augmente, le nombre d’électrons traversant chaque seconde le récepteur augmente.
3. La tension électrique
La tension électrique est une différence d’énergie électrique entre deux points d’un circuit.
On peut dire que la tension, c’est ce qui donne la « force » aux charges électriques pour circuler.
Elle se mesure en volts (V) avec un voltmètre.
En courant continu, la tension est égale à la différence de potentiel.
Si nous reprenons l’exemple précédent, la tension UAB (entre le potentiel VA et le potentiel VB) peut se calculer ainsi: UAB = VA – VB.
La tension UAB correspond ici à la différence de potentiel entre la partie du circuit représentée en rouge et celle représentée en bleu.
UAB = VA – VB
Lorsque le courant est variable, on ne parle plus de potentiel. La tension correspond alors à une différence en instantané entre deux points d’un circuit électrique.
4. Le courant électrique
Le courant électrique correspond au nombre de particules chargées électriquement qui se déplacent en une seconde.
Ces particules sont généralement des électrons.
Pour connaitre la valeur de l’intensité du courant I, exprimée en ampères (A), on doit savoir la valeur de la charge électrique (Q en coulombs) qui s’est déplacée en une seconde en un point précis du circuit.
Le calcul de l’intensité du courant électrique s’écrit ainsi:
I= Q / t
avec:
- I en ampères (A),
- Q en coulombs (C),
- t en secondes (s)
