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Comment fonctionne l'énergie électrique?

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L’énergie électrique est un concept important en science, mais elle est souvent mal comprise. En quoi consiste exactement l'énergie électrique et quelles sont certaines des règles appliquées lors de son utilisation dans les calculs?

Qu'est-ce que l'énergie électrique?

L'énergie électrique est une forme d'énergie résultant du flux de charge électrique. L'énergie est la capacité de faire un travail ou d'appliquer une force pour déplacer un objet. Dans le cas de l'énergie électrique, la force est l'attraction ou la répulsion électrique entre les particules chargées. L'énergie électrique peut être soit de l'énergie potentielle, soit de l'énergie cinétique, mais on la rencontre généralement en tant qu'énergie potentielle, c'est-à-dire l'énergie stockée en raison de la position relative des particules chargées ou des champs électriques. Le mouvement de particules chargées à travers un fil ou un autre support est appelé courant ou électricité. Il y a aussi de l'électricité statique, qui résulte d'un déséquilibre ou d'une séparation des charges positives et négatives d'un objet. L'électricité statique est une forme d'énergie potentielle électrique. Si une charge suffisante s'accumule, l'énergie électrique peut être déchargée pour former une étincelle (ou même un éclair), qui possède une énergie cinétique électrique.

Par convention, la direction d'un champ électrique est toujours indiquée pointant dans la direction dans laquelle une particule positive se déplacerait si elle était placée dans le champ. Il est important de se rappeler de cela lorsque vous utilisez de l’énergie électrique, car le porteur de courant le plus courant est un électron, qui se déplace dans la direction opposée à celle d’un proton.

Comment fonctionne l'énergie électrique

Le scientifique britannique Michael Faraday a découvert un moyen de générer de l'électricité dès les années 1820. Il déplaça une boucle ou un disque de métal conducteur entre les pôles d'un aimant. Le principe de base est que les électrons du fil de cuivre sont libres de se déplacer. Chaque électron porte une charge électrique négative. Son mouvement est régi par les forces attractives entre l'électron et les charges positives (comme les protons et les ions chargés positivement) et par les forces répulsives entre l'électron et les charges similaires (comme les autres électrons et les ions chargés négativement). En d'autres termes, le champ électrique entourant une particule chargée (un électron, dans ce cas) exerce une force sur les autres particules chargées, ce qui provoque son déplacement et donc son fonctionnement. Il faut appliquer une force pour éloigner deux particules chargées attirées.

Toutes les particules chargées peuvent être impliquées dans la production d'énergie électrique, notamment les électrons, les protons, les noyaux atomiques, les cations (ions chargés positivement), les anions (ions chargés négativement), les positrons (antimatière équivalente aux électrons), etc.

Exemples

L'énergie électrique utilisée pour l'alimentation électrique, telle que le courant mural utilisé pour alimenter une ampoule électrique ou un ordinateur, est une énergie convertie à partir de l'énergie potentielle électrique. Cette énergie potentielle est convertie en un autre type d'énergie (chaleur, lumière, énergie mécanique, etc.). Pour un service public d'électricité, le mouvement des électrons dans un fil produit le courant et le potentiel électrique.

Une batterie est une autre source d'énergie électrique, sauf que les charges électriques peuvent être des ions dans une solution plutôt que des électrons dans un métal.

Les systèmes biologiques utilisent également de l'énergie électrique. Par exemple, les ions hydrogène, les électrons ou les ions métalliques peuvent être plus concentrés d'un côté de la membrane que de l'autre, établissant un potentiel électrique pouvant être utilisé pour transmettre l'influx nerveux, déplacer les muscles et transporter des matériaux.

Des exemples spécifiques d’énergie électrique incluent:

  • Courant alternatif (AC)
  • Courant continu (DC)
  • Foudre
  • Piles
  • Condensateurs
  • Energie générée par les anguilles électriques

Unités d'électricité

L'unité SI de différence de potentiel ou de tension est le volt (V). C'est la différence de potentiel entre deux points sur un conducteur transportant 1 ampère de courant avec une puissance de 1 watt. Cependant, plusieurs unités sont présentes dans l'électricité, notamment:

UnitésymboleQuantité
VoltVDifférence de potentiel, tension (V), force électromotrice (E)
Ampère (ampère)UNECourant électrique (I)
OhmΩRésistance (R)
WattWÉnergie électrique (P)
FaradFCapacité (C)
HenriHInductance (L)
CoulombCCharge électrique (Q)
JouleJEnergie (E)
Kilowatt-heurekWhEnergie (E)
HertzHzFréquence f)

Relation entre l'électricité et le magnétisme

Rappelez-vous toujours qu'une particule chargée en mouvement, que ce soit un proton, un électron ou un ion, génère un champ magnétique. De manière similaire, la modification d'un champ magnétique induit un courant électrique dans un conducteur (par exemple un fil). Ainsi, les scientifiques qui étudient l’électricité le qualifient généralement d’électromagnétisme car électricité et magnétisme sont connectés.

Points clés

  • L'électricité est définie comme le type d'énergie produite par une charge électrique en mouvement.
  • L'électricité est toujours associée au magnétisme.
  • La direction du courant est la direction dans laquelle une charge positive se déplacerait si elle était placée dans le champ électrique. Ceci est opposé au flux d'électrons, le porteur de courant le plus commun.



Commentaires:

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