Électricité

Il existe deux types de charges électriques qui se poussent et se tirent l'une l'autre : les charges positives et les charges négatives. Les charges électriques se poussent ou se tirent l'une l'autre si elles ne se touchent pas. Cela est possible parce que chaque charge crée un champ électrique autour d'elle. Un champ électrique est une zone qui entoure une charge. À chaque point proche d'une charge, le champ électrique pointe dans une certaine direction. Si une charge positive est placée à cet endroit, elle sera poussée dans cette direction. Si une charge négative est placée à cet endroit, elle sera poussée dans la direction exactement opposée.

Il fonctionne comme un aimant et, en fait, l'électricité crée un champ magnétique dans lequel des charges similaires se repoussent et des charges opposées s'attirent. Cela signifie que si vous mettez deux négatifs proches l'un de l'autre et que vous les laissez partir, ils s'éloigneront l'un de l'autre. Il en va de même pour deux charges positives. Mais si vous rapprochez une charge positive et une charge négative, elles s'attirent l'une l'autre. Pour s'en souvenir, il suffit de dire que les opposés s'attirent comme ils repoussent.

Toute la matière de l'univers est constituée de minuscules particules à charge positive, négative ou neutre. Les charges positives sont appelées protons, et les charges négatives sont appelées électrons. Les protons sont beaucoup plus lourds que les électrons, mais ils ont tous deux la même quantité de charge électrique, sauf que les protons sont positifs et les électrons sont négatifs. Comme les "opposés s'attirent", les protons et les électrons se collent les uns aux autres. Quelques protons et électrons peuvent former des particules plus grosses appelées atomes et molécules. Les atomes et les molécules sont encore très petits. Ils sont trop petits pour être visibles. Tout grand objet, comme votre doigt, contient plus d'atomes et de molécules que quiconque ne peut en compter. Nous ne pouvons qu'estimer leur nombre.

Parce que les électrons négatifs et les protons positifs s'assemblent pour former de gros objets, tous les gros objets que nous pouvons voir et sentir sont électriquement neutres. Électriquement est un mot qui signifie "décrire l'électricité", et neutre est un mot qui signifie "équilibré". C'est pourquoi nous ne sentons pas les objets nous pousser et nous tirer de loin, comme ils le feraient si tout était chargé électriquement. Tous les grands objets sont électriquement neutres parce qu'il y a la même quantité de charge positive et négative dans le monde. Nous pourrions dire que le monde est exactement équilibré, ou neutre. Les scientifiques ne savent toujours pas pourquoi il en est ainsi.

Les électrons peuvent se déplacer tout autour de la matière. Les protons ne se déplacent jamais autour d'un objet solide car ils sont très lourds, du moins par rapport aux électrons. Un matériau qui laisse les électrons se déplacer est appelé un conducteur. Un matériau qui maintient chaque électron fermement en place est appelé un isolant. Le cuivre, l'aluminium, l'argent et l'or sont des exemples de conducteurs. Le caoutchouc, le plastique et le bois sont des exemples d'isolants. Le cuivre est très souvent utilisé comme conducteur parce qu'il est un très bon conducteur et qu'il y en a beaucoup dans le monde. Le cuivre est présent dans les fils électriques. Mais parfois, d'autres matériaux sont utilisés.

À l'intérieur d'un conducteur, les électrons rebondissent, mais ils ne restent pas longtemps dans une direction. Si un champ électrique est créé à l'intérieur du conducteur, les électrons se mettent tous à se déplacer dans la direction opposée à celle que le champ indique (parce que les électrons sont chargés négativement). Une batterie peut créer un champ électrique à l'intérieur d'un conducteur. Si les deux extrémités d'un morceau de fil sont connectées aux deux extrémités d'une batterie (appelées électrodes), la boucle qui a été faite s'appelle un circuit électrique. Les électrons circuleront autour et autour du circuit tant que la batterie crée un champ électrique à l'intérieur du fil. Ce flux d'électrons autour du circuit est appelé courant électrique.

Un fil conducteur utilisé pour transporter le courant électrique est souvent enveloppé dans un isolant tel que le caoutchouc. C'est parce que les fils qui transportent le courant sont très dangereux. Si une personne ou un animal touchait un fil nu transportant du courant, il pourrait se blesser ou même mourir selon l'intensité du courant et la quantité d'énergie électrique qu'il transmet. Vous devez faire attention aux prises électriques et aux fils nus qui pourraient transporter du courant.

Il est possible de connecter un appareil électrique à un circuit de manière à ce que le courant électrique circule à travers un appareil. Ce courant va transmettre de l'énergie électrique pour que l'appareil fasse ce que nous voulons qu'il fasse. Les dispositifs électriques peuvent être très simples. Par exemple, dans une ampoule électrique, le courant transporte l'énergie à travers un fil spécial appelé filament, qui la fait briller. Les appareils électriques peuvent également être très compliqués. L'énergie électrique peut être utilisée pour actionner un moteur électrique à l'intérieur d'un outil comme une perceuse ou un taille-crayon. L'énergie électrique est également utilisée pour alimenter les appareils électroniques modernes, notamment les téléphones, les ordinateurs et les téléviseurs.

Quelques termes relatifs à l'électricité

Voici quelques termes que l'on peut rencontrer en étudiant le fonctionnement de l'électricité. L'étude de l'électricité et de la façon dont elle rend possible les circuits électriques est appelée électronique. Il existe un domaine de l'ingénierie appelé génie électrique, dans lequel les gens inventent de nouvelles choses en utilisant l'électricité. Il est important qu'ils connaissent tous ces termes.

• Le courant est la quantité de charge électrique qui circule. Lorsque 1 coulomb d'électricité passe quelque part en 1 seconde, le courant est de 1 ampère. Pour mesurer le courant en un point, on utilise un ampèremètre.

• La tension, également appelée "différence de potentiel", est la "poussée" derrière le courant. C'est la quantité de travail par charge électrique qu'une source électrique peut effectuer. Lorsqu'un coulomb d'électricité a 1 joule d'énergie, il aura 1 volt de potentiel électrique. Pour mesurer la tension entre deux points, on utilise un voltmètre.

• La résistance est la capacité d'une substance à "ralentir" le flux du courant, c'est-à-dire à réduire la vitesse à laquelle la charge circule à travers la substance. Si une tension électrique de 1 volt maintient un courant de 1 ampère à travers un fil, la résistance du fil est de 1 ohm - c'est ce qu'on appelle la loi d'Ohm. Lorsque le flux de courant est opposé, l'énergie est "épuisée", ce qui signifie qu'elle est convertie en d'autres formes (telles que la lumière, la chaleur, le son ou le mouvement)

• L'énergie électrique est la capacité à effectuer un travail au moyen d'appareils électriques. L'énergie électrique est une propriété "conservée", ce qui signifie qu'elle se comporte comme une substance et peut être déplacée d'un endroit à un autre (par exemple, le long d'un support de transmission ou dans une batterie). L'énergie électrique est mesurée en joules ou en kilowattheures (kWh).

• L'énergie électrique est le rythme auquel l'énergie électrique est utilisée, stockée ou transférée. Les flux d'énergie électrique le long des lignes électriques sont mesurés en watts. Si l'énergie électrique est convertie en une autre forme d'énergie, elle est mesurée en watts. Si une partie est convertie et une autre stockée, elle est mesurée en voltampères, ou si elle est stockée (comme dans les champs électriques ou magnétiques), elle est mesurée en voltampères réactifs.

L'énergie électrique est principalement produite dans des endroits appelés centrales électriques. La plupart des centrales électriques utilisent la chaleur pour faire bouillir de l'eau et la transformer en vapeur, ce qui fait tourner une machine à vapeur. La turbine de la machine à vapeur fait tourner une machine appelée "générateur". Des fils enroulés à l'intérieur du générateur sont mis en rotation dans un champ magnétique. L'électricité circule alors à travers les fils et transporte l'énergie électrique. Ce processus s'appelle l'induction électromagnétique. Michael Faraday a découvert comment y parvenir.

Il existe de nombreuses sources de chaleur qui peuvent être utilisées pour produire de l'énergie électrique. Les sources de chaleur peuvent être classées en deux catégories : les sources d'énergie renouvelables, pour lesquelles l'approvisionnement en énergie thermique ne s'épuise jamais, et les sources d'énergie non renouvelables, pour lesquelles l'approvisionnement sera finalement épuisé.

Parfois, un flux naturel, comme l'énergie éolienne ou l'énergie hydraulique, peut être utilisé directement pour faire tourner un générateur, de sorte qu'aucune chaleur n'est nécessaire.