Qu'est-ce que l'électricité ?

Sommaire de ce cours :

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Utilité, usage et forme du courant électrique

A quoi sert le courant électrique ?

Les réponses étant nombreuses, tâchons de les rassembler :

Les principaux effets

Effet calorifique ou thermique : l'incontournableQuel que soit l'effet recherché, celui-ci sera présent car toute circulation de courant électrique engendre un échauffement même minime.
Les ampoules à incandescence (à filament) utilisent cet effet pour éclairer !
On le nomme aussi effet Joule (nom du physicien ayant énoncé la relation entre circulation de courant électrique dans une résistance et sa montée en température)
Effet magnétique : le plus réversibleLe courant électrique permet de produire des électro-aimants et si tous les autres effets sont réversibles, c'est celui-ci qui offre un excellent rendement (jusqu'à + de 90%) dans les 2 sens de conversion !
Effet chimique : pilesPiles, accumulateurs rechargeables...... électrolysePour produite l'aluminium ou séparer oxygène et hydrogène de l'eau...
Sans compter les innombrables traitements de surface des métaux : chromage......

Cliquez l'animation pour relancer...

Autres effets

Effets physiologiquesLes effets néfastes sur le corps humain entraînant électrisation et électrocution....

Mais aussi des effets (volontaires ou pas) sur notre système nerveux
Si notre système nerveux réagît au courant électrique c'est parque qu'e notre cerveau l'utilise. : sur le Vivant
Effet lumineux : fluorescent et LEDAttention ! Seule la lampe à filament produit indirectement de la lumière à cause uniquement de l'effet Joule (thermique) d'où sont médiocre rendement de 2 à 5% !

LED ou DEL (en anglais) et tubes fluorescents produisent plus directement de la lumière
Rendement de 10 à bientôt 50% pour les LED !
Effet photovoltaïqueLes panneaux solaires...
Effet de HallUtilisations très nombreuses allant des touches de certains claviers en passant par la pince ampèremétrique en courant continu...
Effet 'électroniqueLe monde des semi-conducteurs qui envahissent tous nos appareils électroniques !'
...

L'énergie électrique est la plus universelle car la plus aisée à convertir vers les autres !

Comment exploiter le courant ?

En théorie 2 mais 3 éléments sont indispensables !

Le générateur que l'on va pour cette fois nommer circulateurLe mot circulateur pour insister sur le fait que c'est une circulation. Le courant électrique circule dans un circuit fermé et aucun électron n'est produit ou perdu.

Maintenant que cela est précisé, on utilisera générateur comme tout le monde, même si ce mot fait plutôt penser à une 'production'...
Le récepteur qui est un conducteurMoins bon conducteur que les conducteurs de liaison (fils), sous peine de court-circuit, le récepteur est néanmoins un conducteur...
S'il était isolant, l'effet serait nul, le courant ne circulerait pas ! !
Et enfin les fils, conducteurs de liaisonSi vous devez raccorder votre générateur à votre récepteur, vous utiliserez des fils conducteurs
(un câble est constitué d'au moins 2 fils : aller et retour, tandis que le fil est un conducteur unique) (Leur utilité est pratique : ils assurent la liaison)

Statique ou dynamique ?

Commençons par le plus grand défaut de l'énergie électrique :

Son stockage en quantité confortable est problématique. En disposer de manière statique afin qu'elle soit disponible en permanence, prête à l'emploi, sans (trop) se perdre en cas de non utilisation est encore complexe.
D'ailleurs dans mon jeune âge, (si-si, les piles existaient déjà), une marque depuis disparue arborait fièrement : La pile Wonder ne s'use que lorsque l'on s'en sert !
Mais voilà, l’énergie contenue dans une pile n'est toujours pas capable de rivaliser avec un jerrycan d'essence... Quand aux accumulateurs, ils sont longs à charger, polluants, utilisent des métaux rares... Seuls les supercondensateurs et piles à combustibles devraient résorber ces limites.
Quoi qu'il en soit, le courant électrique stockable est obligatoirement continuL'alternatif requière un mouvement, seul un onduleur statique permettrait de recréer de l'alternatif mais le stockage, lui, resterait en continu lisse ! !

Statique : celui que l'on stocke. Dynamique : celui que l'on produit uniquement lorsqu'une autre énergie est disponible (soleil, eau dans la cascade, vent...).

Quelques générateurs

A gauche pile, batterieBatterie seul veut dire 'quantité' : batterie de casseroles...
Donc batterie d'accumulateurs ou à la rigueur d'accus est + adapté ! d'accumulateurs en fond, panneaux solaire suivent, éoliennes au centre, exploitation de barrages et chutes d'eau (hydroélectricité) et enfin à la droite du dessin : les centrales nucléaires.
Seuls les générateurs situés aux extrêmes n'exploitent pas d'énergies dites renouvelablesCertainement plus que le nucléaire, il faut toutefois tenir compte du renouvellement (≃ 15 /25 ans) des panneaux solaires, de l'usure des alternateurs d'éoliennes et turbines (marées et chutes d'eau)....

Continu et alternatif ?

L'un tourne, change de sens, mais pas l'autre ! C'est aussi simple que cela !
Piles, accus, condensateurs et autres supercondensateurs ne fonctionnent qu'en continu : on les charge et ils ne restituent que dans un sens !
Les panneaux solaires exploitent l'effet photovoltaïque, un des effets photoélectriques, pour produire une tension électrique. Ce phénomène est à 'sens unique' : le courant généré est continu.

Seule la conversion d'énergie mécanique, obtenue généralement par rotation, produit un courant alternatif dû aux variations de champ magnétique Nord et Sud. Voir : Courant alternatif, cours connexe en fin de page.
Pour les plus anciens, ils existait des dynamos fournissant un courant continu mais la dynamo utilisait des balais appelés aussi 'charbons' ainsi qu'un collecteur pour 'redresser' le courant généré ; ce qui limitait leur fiabilité tout en diminuant leur rendement (efficacité énergétique).

Récepteurs et conversion d'énergies

Chaque récepteur évoqué ici est utilisé pour convertir une énergie électrique vers une autre.
Pour cette raison, transformateurs et autres convertisseurs de tension ne seront pas cités ici puisqu'ils ne font que modifier les rapports d'une même énergie en produisant indirectement, par pures pertes JoulePertes thermiques, la circulation de courant électrique dans tout conducteur provoque un échauffement, de l'énergie thermique.
Certains récepteurs sont réversiblesAvec plus ou moins d’efficacité !.

Tableaux synthétiques :

énergie électrique	→	énergie mécanique
bobinesTous les moteurs électriques, les électroaimants et piézoélectricitéPar exemple certaines imprimantes à jet d'encre utilisent ce procédé pour envoyer quelques picolitres d'encre. 1 picolitre = 10^-12 litre Nombreux injecteurs de carburants pour voitures utilisent aussi ce procédé
énergie mécanique	→	énergie électrique
bobinesAlternateurs, dynamos... et piézoélectricitéLe briquet et le quartz ! Voilà le meilleur moyen de résumer cet effet dans ce sens : Comment un impact génère une étincelle due à une tension

énergie électrique	→	énergie thermique
tout conducteur ! non réversiblePertes thermiques, la circulation de courant électrique dans tout conducteur provoque un échauffement ! (du filament de l'ampoule au fil résistifs des chauffages...)
énergie thermique	→	énergie électrique
thermocouplesDeux conducteurs de matière différente reliés ensemble (soudure) à une extrémité offrent une tension entre leurs autres extrémités (non reliées) si un écart de température existe entre la zone reliée (soudée) et la zone non reliée où sont disposées les 2 autres extrémités :

énergie électrique	→	énergie chimique
électrolyseTraitements de surface, production d'aluminium...
énergie chimique	→	énergie électrique
piles, accumulateurs

énergie électrique	→	énergie lumineuse
LED, fluorescence
énergie lumineuse	→	énergie électrique
photovoltaïque (énergie rayonnante solaire)

A la base, l'électricité statique !

Cliquez pour rejouer l'animation

Attention ! je n'étais point né :-) !
Mais la légende rapporte qu'à la cour du roi, nombre de courtisans avaient pour jeu de soulever les cheveux des perruques de belles dames grâce à la magie de l'électricité statique !

Ils frottaient un morceau de bakélite sur leur revers de manche et tels les confettis sur l'animation ci-dessus, ils soulevaient les cheveux de ces dames :-) !