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N°2 - Qu’est-ce que l’électricité? - niv 5 à 4

N°2 - Qu’est-ce que l’électricité? - niv 5 à 4

C'est une forme d'énergie invisible, dont on voit les manifestations, qui peut être transformée en d'autres formes d'énergie comme la lumière et la chaleur.

L'électricité est produite lorsque des atomes reçoivent une charge, sous l’action d’une force électromotrice, créant un déséquilibre entraînant ainsi une condition nécessaire pour créer une interaction entre les particules.

Toutefois, ce flux ne peut se produire tant que le circuit n'est pas bouclé.

Pourvu qu'ils aient quelque part où aller, les électrons poursuivent leur trajet jusqu'au bout en transportant, lors du déplacement, de l’énergie.




Les différents types d’électricité


L’électricité statique :

Comme son nom semble le désigner dans ce type d’électricité il n’y a pas de flux d’électrons. Il s’agit d’une accumulation de charges électriques lorsque deux matériaux de natures différentes sont en contact.
Sous certaines conditions des électrons sont arrachés par une matière sur l’autre et passent de l’une à l’autre. Si des électrons passent sur une des deux matières, celle-ci se retrouve avec un surplus de charges négatives et devient donc négative ; pendant ce temps l'autre a perdu des charges négatives, elle devient positive.

Ces charges demeureront momentanément sur la surface des corps (de quelques secondes à plusieurs mois selon les matériaux et les conditions environnementales). Ces charges électriques constituent ce que l'on appelle de l'électricité statique. Plus un corps est conducteur, moins il est propice à une telle accumulation de charges.

Dans certaines conditions les charges électriques opposées, accumulées à la surface de ces matières, sont fortement attirées l'une vers l'autre. La couche intermédiaire qui les sépare ne peut plus empêcher les charges de se rejoindre. Une décharge électrique a lieu (ionisation). Il se produit alors un arc électrique dû à l’ionisation (*), accompagné de l’échauffement de l’air traversé par ce flux.

(*) L'ionisation est l'action qui consiste à enlever ou ajouter des charges à un atome ou une molécule. L'atome (ou la molécule) perdant ou gagnant des charges n'est plus neutre électriquement. Il est alors appelé ion.



L’électricité dynamique :

Cette expression, contraire de « électricité statique », est en fait rarement utilisée, même si le concept désigne une réalité physique.

Il s’agit ici de l’énergie électrique issue d’un déplacement d’électrons dans un matériau conducteur. On parle plus généralement de courant électrique. C’est cet usage de l’électricité qui a été utilisé pour l’ensemble des applications industrielles et domestiques que nous connaissons.

L'utilisation de l'énergie électrique afin de la convertir en d’autres types d’énergie nécessite la réalisation d’un circuit électrique. On peut dire qu'un circuit électrique comprend toujours au minimum:

  • Un dipôle générateur ou une source de production d’un courant électrique. Il transforme un type d’énergie en énergie électrique. C’est un système comportant deux pôles de branchement à partir duquel peut circuler un courant électrique.
  • Un ou plusieurs dipôles consommateurs d’énergie appelés récepteurs.
  • Des fils réalisés en matériau conducteur pour assurer la continuité du circuit.
  • Des organes de coupure pour interrompre, pour des raisons pratiques, la circulation du courant électrique : les interrupteurs.

Le dipôle générateur crée un écart de tension qui génère la circulation des électrons. La tension chute tout au long de la circulation, on parle d’une chute de potentiel.

Dans les branchements en série, le courant traverse successivement les récepteurs. Dans le schéma ci-dessous, les 2 récepteurs sont parcourus par la même intensité, qui reste identique d’un bout à l’autre du circuit électrique.

La chute de potentiel de L à N s’effectue tout au long du circuit LN en proportion de la résistance que chaque portion du circuit offre au passage de l’électricité.

Les conducteurs (fil électrique) LA, BC, DN n’offrent presque aucune résistance au passage de l’électricité. En conséquence, on peut admettre que le potentiel en L est identique à celui en A. De même, le potentiel en B est identique à celui en C et le potentiel en D est identique à celui en N.



Question

Q1: Si le potentiel en L est de 230 [V] et le potentiel en N est de 0 [V], quels sont les potentiels en A et en D?

VA = 230 [V]
VD = 0 [V]


Explication :

Les conducteurs (fil électrique) LA et DN n’offrent presque aucune résistance au passage de l’électricité. En conséquence, on peut admettre que le potentiel en A est identique à celui en L, donc 230 [V]. De même le potentiel en D est identique à celui en N, donc 0 [V].



La chute de potentiel de L à N a donc pour l’essentiel lieu à la traversée des récepteurs. Si le circuit LN présente 2 récepteurs AB et CD raccordés en série, on peut écrire que la chute de potentiel totale (U LN) est la somme successive des chutes de potentiels dans les récepteurs en série (U AB + U CD) :
U LN = U AB + U CD



Question

Q2: Sur le circuit électrique ci-dessous, le potentiel en L est de 230 [V] et le potentiel en N est de 0 [V].
Si la chute de potentiel dans le récepteur AB est de 100 [V], quelle est la chute de potentiel dans le récepteur CD?


UCD = 130 [V]


Explication :

Le potentiel en L est de 230 [V].
Le potentiel en N est de 0 [V].
La chute de potentiel entre L et N est donc de 230 [V].
Par ailleurs, la chute de potentiel entre L et N correspond à la chute successive dans les récepteurs AB puis CD.
U LN = U AB + U CD
Donc:
U CD = U LN - U AB = 230 - 100 = 130 [V]

Question

Q3: Si sur le circuit électrique LN ci-dessus, on nous indique que l'intensité en L est de 5 [A], quelle est-elle en A, B, C, D, N?

5 [A]


Explication :

Dans les branchements en série, le courant traverse successivement les récepteurs. Dans le schéma ci-dessus, les 2 récepteurs sont parcourus par la même intensité, identique d’un bout à l’autre du circuit électrique.

Question

Sur le circuit électrique ci-dessus, le potentiel en L est de 230 [V] et le potentiel en N est de 0 [V]. Si la chute de potentiel dans le récepteur CD est de 150 [V], quelle est la chute de potentiel dans le récepteur AB ?
U CD = 80 [V]


Explication :

Le potentiel en L est de 230 [V].
Le potentiel en N est de 0 [V].
La chute de potentiel entre L et N est donc de 230 [V].

Par ailleurs, la chute de potentiel entre L et N correspond à la chute successive dans les récepteurs AB puis CD.
U LN = U AB + U CD
Donc:
U AB = U LN - U CD = 230 - 150 = 80 [V]

Question

Q5: Sur le circuit électrique ci-dessus, le potentiel en L est de 230 [V] et le potentiel en N est de 0 [V].
La chute de potentiel dans le récepteur AB est de 30 [V]. La chute de potentiel dans le récepteur CD est de 200 [V].
Des 2 récepteurs lequel offre le plus de résistance au passage de l'électricité?

Le récepteur CD


Explication :

La chute de potentiel de L à N s'effectue tout au long du circuit LN en proportion de la résistance que chaque portion du circuit offre au passage de l'électricité. La chute de potentiel étant beaucoup plus importante dans le récepteur CD (200 [V]) que dans le récepteur AB (30 [V]), c'est qu'il offre beaucoup plus de résistance au passage de l'électricité.

Question

Q6: Sur le circuit électrique ci-dessous, le potentiel en L est de 230 [V] et le potentiel en N est de 0 [V].
Si la chute de potentiel dans le récepteur AB est de 115 [V], des 2 récepteurs AB et CD, lequel offre le plus de résistance au passage du courant électrique?


Aucun des 2, les 2 récepteurs sont identiques.


Explication :

Le potentiel en L est de 230 [V]. Le potentiel en N est de 0 [V]. La chute de potentiel entre L et N est donc de 230 [V].

Par ailleurs, la chute de potentiel entre L et N correspond à la chute successive dans les récepteurs AB puis CD.
U LN = U AB + U CD
Donc: U CD = U LN - U AB = 230 - 115 = 115 [V]

La chute de potentiel de L à N s'effectue tout au long du circuit LN en proportion de la résistance que chaque portion du circuit offre au passage de l'électricité.

La chute de potentiel étant identique dans les 2 récepteurs, c'est qu'ils offrent la même résistance au passage de l'électricité.