électricité - physique.

« est dû en fait à un double flux d’ions, à la différence de ce qui se produit dans la plupart des solides conducteurs, où le flux des électrons est unilatéral. 3.2 Isolants Les corps qui ne possèdent pas d’électrons libres ne peuvent donc pas conduire le courant électrique : ils sont appelés isolants (ou encore diélectriques).

On peut citercomme isolants le verre, le caoutchouc ou encore le bois sec.

Voir aussi Isolation. 3.3 Semi-conducteurs Dans certains matériaux, un petit nombre d’électrons s’échappent des atomes en laissant des « lacunes ».

Ces lacunes, correspondant à l’absence de charge négative, secomportent donc comme une charge positive.

L’application d’un champ électrique peut alors provoquer dans le matériau un déplacement d’électrons (et des cavitéspositives associées), ce qui produit un courant électrique.

De tels matériaux, appelés semi-conducteurs, présentent généralement une résistance plus importante aupassage du courant qu’un conducteur comme le cuivre, mais en revanche une résistance plus faible qu’un isolant comme le verre.

Si la majorité du courant est due à desélectrons, le semi-conducteur est dit de type N.

Si la majorité du courant est due, au contraire, aux cavités chargées positivement, le semi-conducteur est dit de type P.

Onutilise les semi-conducteurs dans la fabrication des transistors. 3.4 Supraconducteurs Un conducteur parfait n’offrirait aucune résistance au passage d’un courant électrique, de même qu’un isolant parfait ne laisserait passer aucune charge.

Cependant, de telsmatériaux n’existent pas dans la nature, du moins à température ambiante.

Toutefois, certains métaux et composés métalliques perdent toute résistance et deviennent deremarquables conducteurs aux basses températures proches du zéro absolu.

Ces matériaux sont appelés supraconducteurs. 4 ÉLECTROSTATIQUE L’électrostatique étudie les forces de répulsion et d’attraction qui s’exercent entre des charges électriques immobiles.

Ces forces se mesurent en coulombs (de symbole C).La force Felec qui s’exerce entre deux charges q1 et q2 peut être déterminée par la loi de Coulomb où r est la distance entre les charges et e une constante caractéristique du milieu, appelée constante diélectrique ou permittivité.

D’après cette loi, la force électrostatique est proportionnelle au produit des charges et inversement proportionnelle au carré de leur distance. Toute charge électrique engendre un champ de force électrostatique.

Dans un tel champ, déplacer une charge électrique d’un point à un autre nécessite de l’énergie,appelée différence de potentiel.

Cette différence de potentiel s’exprime en volts.

Par définition, la Terre, qui peut être assimilée à une charge électrique sphérique, estchoisie comme potentiel de référence : on décide de lui attribuer un potentiel nul.

Dans ce cadre, le potentiel d’un corps chargé positivement est positif, tandis que celuid’un corps chargé négativement est négatif.

Il existe de nombreuses machines électrostatiques comme l’électroscope, qui permet de mesurer la valeur d’une chargeélectrique, ou encore l’accélérateur de Van de Graaff, utilisé pour accélérer des particules. 5 ÉLECTROCINÉTIQUE L’électrocinétique est l’étude des courants électriques.

Lorsque deux charges électriques égales et opposées sont reliées par un conducteur métallique (ensemble appelédipôle électrique), les électrons se déplacent de la charge négative (pôle -) vers la charge positive (pôle +), de manière à établir un équilibre neutre entre les deux charges.Ce flux d’électrons génère un courant électrique, dont le sens est par convention opposé à celui de la migration des électrons.

Dans tout circuit électrique, les électronss’écoulent du point de plus bas potentiel vers le point de potentiel supérieur. Un courant électrique est continu (symbole CC) s’il circule toujours dans le même sens ; s’il circule périodiquement dans les deux sens, il est alternatif (symbole AC).

Lecourant alternatif est préféré au courant continu comme source d’énergie électrique, tant pour les usages domestiques qu’industriels. 5.1 Unités de mesure Considérons un circuit électrique traversé par un courant.

L’intensité du courant en un point du circuit correspond à la quantité d’électricité qui traverse ce point durant 1 s.Elle se mesure en ampères (symbole A).

Un ampère correspond au passage d’environ 6,25.10 18 électrons par seconde.

La tension entre deux points du circuit mesure la différence de potentiel existant entre ces deux points.

Elle se mesure en volts (symbole V).

Ces grandeurs électriques peuvent se mesurer à l’aide d’appareils adaptéscomme l’ampèremètre et le voltmètre.

Voir Unités de mesure ; Électriques, mesures. 5.2 Loi d’Ohm Un dipôle électrique peut être décrit par trois paramètres caractéristiques : sa différence de potentiel ou tension, l’intensité du courant qui le traverse et sa résistance, qui semesure en ohms (symbole Ω).

Un ohm correspond à la résistance d’un circuit traversé par un courant de 1 A et soumis à une tension de 1 V.

En 1826, le physicien allemandGeorg Ohm établit la relation liant la tension U, l’intensité I et la résistance R d’un dipôle électrique, appelée aujourd’hui loi d’Ohm : U = R.I (voir Circuits électriques). 5.3 Effet Joule Lorsqu’un courant électrique circule dans un conducteur, on observe une augmentation de température de ce conducteur : cet effet est appelé effet Joule.

Il est dû à lacollision des électrons avec les atomes du corps conducteur, qui libère ainsi de l’énergie sous forme de chaleur.

La puissance P dissipée par effet Joule, qui s’exprime en watts (symbole W), se calcule par la relation : P = R.I 2. 5.4 Lignes à haute tension Dans un circuit électrique traversé par un courant d’intensité I et de tension U, la puissance utile Pu s’exprime par la relation Pu = U.I. Pour transporter le courant électrique sur de longues distances, on utilise des lignes à haute tension qui limitent les pertes excessives de la puissance utile.

En effet, si par exemple 200 000 W sont fournis à unréseau électrique possédant une résistance de 10 Ω, le courant peut être transporté aussi bien sous une forte tension de 200 000 V avec une intensité de 1 A, que sous unefaible tension de 2 000 V avec une intensité de 100 A (puisque la puissance utile est le produit de la tension par l’intensité du courant).

Conformément à l’expression de lapuissance dissipée par effet Joule (P = R.I 2), la perte de puissance sous 200 000 V n’est que de 10 W, alors que sous 2 000 V, la perte de puissance atteint 100 000 W, soit la moitié de la puissance totale fournie.

Cet exemple montre bien qu’il est beaucoup plus rentable d’acheminer le courant électrique sous haute tension.

Pour ce faire, onemploie en pratique des transformateurs qui augmentent la tension ( voir Électricité, production et distribution de l’).. »