L’électricité

C’est une chose qu’on utilise tous les jours, une notion assez vague pour la plupart des gens, mais quand ces mêmes gens n’en ont plus, c’est la catastrophe. Si notre monde se retrouvait privé d’électricité ne serait-ce qu’une semaine, ce serait l’apocalypse !!

Electricité… statique

 L’électricité a été découverte sous sa forme électrostatique il y a plus de 2000 ans par les grecs anciens (si si je vous jure que c’est vrai). Ils observèrent qu’en frottant de l’ambre jaune (élektron en grec), ce dernier pouvait attirer d’autres objets à distance, d’où le mot électricité !! C’est le même phénomène quand on frotte une règle en plastique sur son pull en laine et qu’on peut alors faire adhérer des petits morceaux papier à la règle : C’est l’effet électrostatique. Evidement l’explication de ce phénomène est relativement récent. Tout le monde apprend à l’école que les atomes sont électriquement neutres car ils sont composés d’autant de charges électriques positives (que l’on représente par « +e » et que contiennent les protons du noyau par exemple) que de charges négatives (l’exemple roi étant l’électron : -e). Par exemple l’atome d’hydrogène se compose d’un proton et d’un électron, si on fait le bilan électrique: + e – e= 0.

Il faut savoir également que 2 particules ayant des charges de signes égaux (2 électrons par exemple) se repoussent et que 2 particules de charges opposées s’attirent (1 proton et un électron) en vertu de la loi de Coulomb :

Donc en frottant la règle sur son pull on vient arracher des électrons, ce qui entraîne que la règle n’est plus électriquement neutre et les petits bouts de papier neutres vont venir être attirés car il y a une différence de charge. Comme ces matériaux sont isolants, les électrons restent piégés dans les matériaux et il n’y a pas d’échange, pas de circulation : c’est statique.

On pourrait s’étendre très longtemps sur l’électricité statique mais je vais m’arrêter là car je doute que le théorème de Gauss et l’équation de Poisson intéressent  beaucoup de personnes.

Electricité…dynamique ?

Logiquement, le contraire de l’électricité statique, c’est l’électricité dynamique, mais on n’emploie pas ce mot même si ce n’est pas stupide. On parle simplement de courant électrique, car il y a une circulation, un déplacement de charges, un courant est créé, comme en mécanique des fluides. D’ailleurs la plupart des équations de la mécanique des fluides s’appliquent à l ‘électricité (j’avais déjà signalé ce fait dans un autre article il me semble).

Pour créer un courant électrique, il faut utiliser des matériaux conducteurs. On entend par conducteur la capacité des électrons à se mouvoir librement dans un matériau. Comme la nature tend toujours vers l’équilibre, s’il y a une différence dans le nombre de charges entre 2 points d’un même conducteur, les électrons vont se déplacer dans l’objectif de venir « équilibrer » les charges dans le matériau. Pour exprimer la quantité de charge en un point, on parle de potentiel électrique. Une différence de potentiel (appelé plus couramment tension électrique et se mesurant en Volt) entraîne donc un courant électrique (appelé aussi intensité se mesurant  en Ampère).

Mais il y a quelque chose d’important à retenir, on dit que l ‘électricité se propage à une vitesse proche de celle de la lumière (273 000 km/s dans le cuivre) mais attention ! Ceci n’est pas la vitesse de propagation des électrons (qui eux se déplacent lentement, à environ 60cm par heure) mais la propagation de l’information. On entend par propagation de l’information, la vitesse à laquelle le mouvement d’un électron est transmis à son petit copain électron à coté de lui. Par exemple, prenez 10 personnes en file indienne. Le premier tape sur l’épaule du second puis le second tape sur l’épaule du troisième etc. Si chaque personne est séparée de 1 mètre et que chaque personne réagit en 1 seconde pour transmettre l’information (qui ici est représentée par la tape sur l’épaule) alors l’information se propage à 1m/s alors que personne ne bouge… C’est pareil pour les électrons sauf que ici l’information se résume par bouger à droite, bouger à gauche…

Il faut dissocier courant continue et alternatif. On parle de courant continue quand une différence de potentiel fixe est créée. Dans ce cas, tous les petits électrons se mettent en marche quasi instantanément (avec une vitesse de réaction de l’ordre de la vitesse de la lumière) puis avance gentiment en file indienne. Non, c est complètement faux ils n’avancent pas en file indienne gentiment, vous avez vraiment cru que c´était aussi simple ? Une fois de plus je laisse l’explication quantique du saut de mouton de côté par soucis de simplicité.

Concernant le courant alternatif, on alterne une tension positive puis négative ce qui à pour effet de faire bouger les électrons dans un sens puis dans l’autre. Concernant le sens du courant, on le prend de manière conventionnelle un sens allant du pole positif vers le pole négatif mais s’est purement arbitraire, pour la bonne raison que par exemple des électrons (-e) sont attirés par un pole positif. Ce qu’on appelle fréquence, c’est simplement le nombre de fois que nos petits électrons se retournent et changent de sens. En France notre 50Hz signifie que à chaque seconde, les électrons changent de sens 50 fois.

C’est bien joli tout ça mais comment on fabrique l’électricité ? Peut-on la stocker ? La suite au prochain numéro.