L'électricité en physique

« du fonctionnement des dynamos, dans lesquelles une bobine de fil conducteur en rotation dans un champ magnétique produit un courant électrique.

• Unité : le tesla (symbole : 1) ou le gauss (symbole : G) dans le système d'unités CGS (centimètre gramme seconde) électromagnétique, peu utilisé aujourd'huij.

• Dans un circuit électrique où le flux magnétique (weber ; symbole : Wb) varie en fonction du temps (t) se crée une force électromotrice (e).

Sa valeur est donnée par la loi de Lenz : e = - dWb/dt LOIS ET FORMULES EN COURANT CONTINU LDld'Olma • ~tablie par Georg Simon Ohm en 18i7.

U=Rxl G= 1/R p., u x 1=Rx12 ..

u'/R LDI de Jollle • Établie par James Joule en 1841.

Le passage d'un courant constant dans un conducteur produit de la chaleur (énergie calorifique) proportionnellement à la résistance du système électrique et au carré de l'intensité de ce courant électrique.

La puissance perdue par le système s'écrit donc : P = R x I' Lois de Kirchhoff (loi des nœuds et loi des mailles) • Dans un circuit en parallèle, la somme des courants partant d'un nœud est égale à la somme des courants qui arrivent à ce nœud.

•Dans une -i Il ;TT 1111111 111111 u ..

u, ..

112 .......

u.

maille addition des tensions et (boude des courants dans un circuit électrique), la somme des tensions est nulle (égale à O).

R'5ista11œ totale d'un drcuit • Dans un circuit électrique en série, si n résistances sont branchées, la résistance totale du circuit R est égale à la somme des résistances : R =Ri +Ri+ ...

+ Rn • Dans un circuit en parallèle : si n résistances sont branchées, l'inverse de la résistance 1/R est donnée par la formule : 1/R" 1/R1 + 1/Ri + •.• + 1/Rn U"U' + U2 +UJ+ ••• +Un addition des tensions • Si deux résistances seulement sont branchées en parallèle, la résistance totale Rest donnée par la formule : R = (R1 x Ri)/(R 1 +Ri) DISCIPUNES SCIENTIRQUES éedrestatkpe • Discipline de la physique qui s'intéresse à l'électricité statique c'est-à-dire aux charges électriques immobiles.

Elle permet d'expliquer certaines réactions chimiques et des phénomènes comme la foudre, les décharges ressenties lors du contact avec une carrosserie de voiture.

Elle a de multiples applications comme les tubes cathodiques et donc la télévision.

• ~tude du déplacement des charges électriques dans les conducteurs.

Éledromapéti-• Étude les interactions de l'électricité et du magnétisme.

Éectnallpe • Discipline de la physique appliquant les caractéristiques du courant électrique au traitement et au transport de l'information (puces électroniques, ordinateurs, télécommunications, etc.).

• AldlquM : Thalès décrit un phénomène électrostatique ; après avoir été frotté, l'ambre attire des corps légers.

Le même phénomène s'observe avec le verre.

• Moyen Age : les Chinois utilisent la boussole, dont le fonctionnement est fondé sur le magnétisme terrestre.

•Vers l'an 1000 : le pape Sylvestre Il fait planter des pics pointus à l'approche des orages.

Début de l'utilisation du paratonnerre.

• XVI' s.

: William Gilbert propose le mot electrica (du grec éle/ctron, qui signifie • ambre jaune >) pour rendre compte du phénomène d'attraction de certaines matières.

Il met en évidence le magnétisme de la Terre.

• 1672 : Otto von Gericke fabrique le premier générateur électrostatique (boule de soufre traversée par une manivelle) et observe la luminescence induite par un champ électrique.

• Début du XVII r s.

: on découvre que des matériaux sont isolants et d'autres conducteurs.

Charles Du Fay de Cistemay distingue les charges •vitreuses » (positives) des charges • résineuses» (négatives).

• 1745 : le premier condensateur (composant emmagasinant des charges électriques) est créé (bouteille de Leyde) .

• 1760 : Benjamin Franklin découvre le paratonnerre et l'installe à Philadelphie.

• Fin du XVllr s.

: Luigi Galvani découvre l'électricité animale et la nature électrique de l'excitation des nerfs et des muscles.

-Alessandro Volta invente le premier générateur de courant électrique continu : la pile voltaïque.

-Laplace énonce les premières lois de l'électromagnétisme.

-Coulomb énonce les premières lois de l'électrostatique.

•XIXe s.

-1800 : Nicholson et Carlyle découvrent l'électrolyse.

Davy observe l'arc électrique et crée la première lampe • -1819 : expériences de Hans Œrsted sur l'électromagnétisme.

-18io : Louis-Marie Ampère énonce les premières lois de l'électromagnétisme.

-18i1 : Michael Faraday crée le premier moteur électrique.

-18i7 : Georg Simon Ohm énonce sa loi.

-1831 : Michael Faraday découvre l'induction.

-1841 : James Joule énonce les lois sur la déperdition de chaleur.

Paris s'éclaire avec des lampes à arc électrique.

-1847 : Gustav Kirchhoff énonce ses lois.

-1864 : James Maxwell expose ses équations générales du champ électromagnétique.

-1871 : Zénobe Gramme invente la dynamo.

-1876 : Graham Bell met au point le téléphone.

-1878 : Thomas Edison met au point la première lampe à incandescence.

-1881 : Joseph Thomson découvre l'existence de l'électron.

-188i : Marcel Deprez invente le système des lignes électriques.

-1887 : le métro londonien se dote d'une traction électrique.

-1896 : Guglielmo Marconi utilise les ondes radioélectriques pour mettre au point la radio.

A la fin du XIX' siècle : - Siemens conçoit le tramway électrique.

-On découvre l'électrocardiogramme.

-Les premiers accidents par électrocution entraînent l'élaboration de règles de sécurité.

• Les premières exécutions sur chaise électrique ont lieu aux États-Unis • Wilhelm Rtintgen découvre les rayons X.

c'est le début de la radiologie.

xx• s.

• Le siècle du • tout~ectrique » débute avec de nombreuses inventions : sonnettes, radiateurs, réveils, pistolets à peinture, laboureuses, voitures, rails, etc.

PersHuges-dés Mpin,AIHlré Marie (1775-1836) • Physicien et chimiste français, jette les bases de l'électromagnétisme, de l'électrodyna- , .

mique et de la théorie électronique de la matière.

Invente notamment le télégraphe électrique et.

avec Arago, !'électro-aimant Becq uerel , Antoine (1788-1878) Centrales llydru!iques • Découvre l'effet piézoélectrique et la • Utilisation de l'énergie mécanique pile photovoltaïque.

produite par les déplacements de l'eau Cavend ish.

Henri (1731·1810) (marées, fleuves) dans les usines • Physicien et chimiste britannique, fonde marémotrices ou au niveau des l'électrostatique avec Charles Coulomb.

barrages.

Cette énergie mécanique est Coulomb, Charles de (1736-1806) convertie en énergie électrique.

• Physicien français marque Plies et -•lateurs l'électrostatique et le magnétisme.

• Fabrication d'énergie électrique à Énonce les lois qui régissent l'attraction partir d'énergie chimique.

Ils sont et la répulsion des charges électriques utilisés pour fournir une énergie Oois de Coulomb).

Laisse son nom électrique aisément transportable à une unité de quantité électrique.

(piles, batteries rechargeables, etc.).

=Ed~i=so=n~·~Th=o=m=a=s~(1=84~7-~19=3=1~)--:::::::::::..J=~=====,.~~~~~~~~ • Inventeur • !'.énergie fournie par le vent américain, crée le (déplacement de masses d'air) fait télégraphe duplex, le tourner les pales de grandes hélices ou phonographe (dont · • éoliennes.

!'.énergie mécanique est le principe est conçu transformée en électricité.

par le Français ee.tnles solaires Charles Cros en 1876),le microtéléphone et la lampe à incandescence.

Installe, Il New York, la première centrale électrique.

Fara day, Michael { 1791-1867) • Autodidacte brrtannique, invente le moteur électrique, met au point l'induction électromagnétique et explique le phénomène de l'électrolyse.

Franklin, Benjamin .

(1706-1790) • Homme politique et homme de science américain, découvre la nature électrique de l'éclair et invente le paratonnerre.

• !'.énergie solaire peut être utilisée pour chauffer une substance dont l'énergie calorifique est ensuite transformée en électricité.

Les études s'orientent aujourd11ui vers une production directe à partir de l'énergie solaire qui évite les déperditions d'énergie (électricité photovoltaïque).

Centrales géothenniques • Explortation de la chaleur dégagée par la Terre (en Islande).

Les sources d'eau chaude sont utilisées directement (chauffage central) ou traitées en centrales thermiques.

Des roches chaudes et sèches sont forées pour être traversées par des courants artificiels d'eau qu'elles réchauffent.

belJ!e des tNdlets ------------- Luigi Galvani {1737-1798) • Médecin rtalien, pratique de • La majeure partie des déchets peut être brûlée en centrale thermique pour produire de l'électricité.

Les diodes • Les diodes sont des composants électroniques laissant passer le courant dans un sens et pas dans l'autre.

• Elles servent à redresser le courant, c'est-à-dire à transformer un courant alternatif en courant continu.

• Une diode ne laisse en lait passer qu'une partie de la sinusoïde, c'est pourquoi on parle de• courant redressé • et non de vérrtable • courant alternatif ».

--- -- -- nombreuses expériences d'excitabilité des nerfs et des muscles par l'électricité sur les animaux.

Joule, James Prestott {1818-1889) •Physicien britannique, étudie la chaleur dégagée par un circuit électrique (loi de Joule).

Nombreuses expériences sur les lois de conservation de l'énergie.

Ses travaux en thermodynamique sont à l'origine de la découverte de la réfrigération.

Laisse son nom à une unité d'énergie.

Maxwell, James Clerk {1831-1879) Physicien brrtannique, énonce les équations de l'électromagnétisme liant champs électriques et magné tiqu es.

Volta, Alessandro (1745-1827) Physicien rtalien, invente l'eudiomètre et la pile électrique.

Laisse son nom à l'unité de mesure de la tension électrique.

PRODUCTION D'ÉLECTRICITÉ Cemtnles lllamques •Production d'électricité par combustion de charbon, de fuel ou de gaz (transformation de l'énergie thermique en énergie électrique).

En France, elles fournissent 5 % de l'électricité produite par EDF.

Centrales audéalres •Production d'électricité par récupération de la chaleur dégagée par une réaction nucléaire (fission de l'uranium i35).

!'.énergie calorifique est ensuite transformée en énergie mécanique, puis électrique.

Fournissent 17 % de la production mondiale d'électricité.

Quelques dllflres de production En milliards de kWh (1998) • États-Unis : 3 iii ; • Chine : 1 1i8 ; • Russie : 8i7 ; • Canada : 543 ; • Allemagne : 505 ; • France : 486 ; • Royaume-Uni : 337 ; • Brésil : 307 ; Transport de l'éledridté En France, le réseau de distribution de l'électricité (du site de production au consommateur) comprend : • 60 000 km de lignes à très haute tension (400 000 volts) et à moyenne tension (63 000 et 90 000 volts) ; • 590 000 km de lignes Il moyenne tension (io 000 volts) ; • 630 000 km de lignes à basse tension (380 et iio volts).

CONSOMMATION D'ÉLECTRICITÉ Coasomniation d'électricité dallS f!Hlques pays En milliards de kWh (1998) • États-Unis : 3 859 ; • Union européenne : i 503 ; • Chine : 1 198 ; • Allemagne : 556 ; • Canada : 534 ; • France : 453 ; , • Royaume-Uni : 371 ; • Brésil : 361 ; • Espagne : 199.

C011581Rmatlon Individuelle Consommation d'électricité par habitant et par an • Canada : 17 500 kWh ; • États-Unis : 13 500 kWh ; • France : 7 ioo kWh ; • Grande-Bretagne : 5 800 kWh ; • Espagne : 4 ioo kW ; • Chine : 800 kW.. »