L’électricité est un élément fondamental de notre vie quotidienne, alimentant tout, des petits appareils comme les smartphones aux grands systèmes comme les réseaux électriques urbains. Lorsque nous parlons d' électricité actuelle , nous faisons référence au flux de charge électrique à travers un conducteur, tel qu'un fil métallique, en raison d'une différence de potentiel ou d'une tension à ses bornes. Ce flux est ce qui alimente nos appareils électriques.
Pour comprendre l’électricité actuelle, nous commençons par l’unité de charge de base, appelée électron . Un courant électrique se produit lorsque des électrons se déplacent dans un matériau. La direction conventionnellement considérée pour la circulation du courant électrique est opposée à la direction du mouvement des électrons, de la borne positive à la borne négative d’une source d’énergie.
La quantité de charge électrique traversant une section d'un conducteur pendant un temps donné est appelée courant électrique et se mesure en ampères (A). Mathématiquement, cela s'exprime comme suit :
\(I = \frac{Q}{t}\)où \(I\) est le courant en ampères, \(Q\) est la charge en coulombs et \(t\) est le temps en secondes pendant lequel la charge circule.
La tension , ou différence de potentiel électrique, est la force motrice qui pousse la charge électrique à travers un conducteur. Elle se mesure en volts (V) et peut être considérée comme la pression électrique qui provoque le déplacement des charges électriques.
La résistance est l’opposition qu’un matériau offre à la circulation du courant électrique. Cela dépend des propriétés du matériau, ainsi que de sa longueur et de sa section transversale. La résistance est mesurée en ohms ( \(\Omega\) ). La relation entre la tension (V), le courant (I) et la résistance (R) est donnée par la loi d'Ohm :
\(V = I \times R\)Cette équation montre que le courant circulant dans un conducteur entre deux points est directement proportionnel à la tension aux bornes des deux points, et inversement proportionnel à la résistance entre eux.
Dans un circuit en série , les composants sont connectés bout à bout, il n’y a donc qu’un seul chemin pour que le courant circule. Si une partie du circuit est cassée, le circuit tout entier cesse de fonctionner. La résistance totale d'un circuit série est la somme des résistances individuelles :
\(R_{total} = R_1 + R_2 + R_3 + \ ... \)Dans un circuit parallèle , les composants sont connectés entre des points ou des jonctions communs, offrant ainsi plusieurs chemins au courant pour circuler. La tension aux bornes de chaque composant dans un circuit parallèle est la même. L'inverse de la résistance totale dans un circuit parallèle est égal à la somme des inverses de chaque résistance :
\(\frac{1}{R_{total}} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{R_3} + \ ... \)La puissance d'un circuit électrique est la vitesse à laquelle l'énergie électrique est transférée par un circuit électrique. L'unité SI de puissance est le watt (W). La puissance peut être calculée à l'aide de la formule :
\(P = V \times I\)Cette formule indique que la puissance (en watts) est le produit de la tension (en volts) et du courant (en ampères).
Les matériaux qui permettent une circulation facile de la charge électrique sont appelés conducteurs . La plupart des métaux, comme le cuivre et l’aluminium, sont de bons conducteurs et sont couramment utilisés dans le câblage électrique. D’un autre côté, les isolants sont des matériaux qui ne permettent pas aux charges électriques de circuler librement. Les exemples incluent le caoutchouc, le verre et le plastique. Ces matériaux sont utilisés pour recouvrir ou entourer les conducteurs afin d’empêcher tout flux électrique indésirable, garantissant ainsi la sécurité.
Un simple circuit électrique peut démontrer les principes de l’électricité actuelle. Considérons un circuit composé d'une batterie, d'une résistance et d'une ampoule, tous connectés en série. Lorsque le circuit est fermé, la batterie crée une tension qui pousse les électrons à travers le circuit. La résistance limite le flux d’électrons, contrôlant ainsi le courant. L'ampoule convertit l'énergie électrique en lumière, illustrant l'utilisation de l'énergie électrique.
Pour vérifier expérimentalement la loi d'Ohm, on peut configurer un circuit avec une alimentation variable, un ampèremètre pour mesurer le courant et un voltmètre pour mesurer la tension aux bornes d'une résistance. En faisant varier la tension et en enregistrant le courant correspondant, on constate que la tension aux bornes de la résistance est directement proportionnelle au courant qui la traverse, conformément à la loi d'Ohm.
L'électricité actuelle est un vaste domaine qui englobe de nombreux concepts fondamentaux, notamment le courant électrique, la tension, la résistance, les circuits et la puissance électrique. Comprendre ces concepts est essentiel pour comprendre le fonctionnement des appareils électriques et pour utiliser l’électricité de manière sûre et efficace. En appliquant des principes tels que la loi d'Ohm et en comprenant le comportement des circuits série et parallèle, on peut prédire et contrôler le flux d'électricité dans divers contextes.
