Qu'est-ce que l'énergie électrique?

L'énergie électrique résulte du mouvement d'une charge électrique et est communément appelée simplement "électricité". Elle tire finalement son origine de la force électromagnétique: l'une des quatre forces fondamentales de la nature et celle qui est responsable du comportement. d'objets chargés électriquement. L'énergie électrique résulte de l'interaction de particules subatomiques avec cette force. L'électricité se manifeste dans des phénomènes naturels tels que la foudre et est essentielle à la vie à un niveau fondamental. La capacité des humains à générer, transmettre et stocker de l'électricité est cruciale pour l'industrie moderne, la technologie et, dans la plupart des pays, la vie domestique.

L'origine de l'énergie électrique

Il existe deux types de charge électrique, appelée positive et négative. Si deux objets chargés électriquement sont rapprochés l'un de l'autre, ils subiront une force. Si les charges sont identiques - positives ou négatives -, la force agira pour éloigner les objets les uns des autres. S'ils ont des accusations différentes, ils vont s'attirer. Cette répulsion ou attraction est connue sous le nom de force électromagnétique et peut être exploitée pour créer un flux d'énergie électrique.

Les atomes consistent en un noyau contenant des protons chargés positivement, autour desquels se trouvent des électrons chargés négativement. Les protons restent normalement dans le noyau, mais les électrons peuvent se déplacer d’un atome à l’autre, leur permettant ainsi de circuler à travers des matériaux, tels que les métaux, qui conduisent l’électricité. Un endroit avec un excès d'électrons sur les protons aura une charge négative; une place avec un déficit aura une charge positive. Étant donné que les charges opposées s’attirent, les électrons s’écouleront d’une zone chargée négativement à une zone chargée positivement, ce qui crée un courant électrique.

Utilisation de l'énergie électrique

L'électricité est utile à la fois en elle-même et en tant que moyen de transfert d'énergie sur de longues distances. Il est essentiel pour divers processus industriels, les télécommunications et Internet, les ordinateurs, les téléviseurs et de nombreux autres appareils d'usage courant. Il peut également être converti en d'autres formes d'énergie utilisables dans diverses autres applications.

Lorsqu'un courant électrique traverse un conducteur, il génère une certaine quantité de chaleur. La quantité générée dépend de la manière dont le matériau conduit l'électricité. Un bon conducteur, tel que le cuivre, produit très peu. Pour cette raison, les fils et les câbles de cuivre sont couramment utilisés pour transmettre de l'électricité: lorsque de la chaleur est produite, de l'énergie est perdue, de sorte qu'un bon conducteur minimise la perte d'énergie. Les matériaux qui conduisent moins bien l’électricité produisent plus de chaleur, ils ont donc tendance à être utilisés dans les appareils de chauffage électriques, les cuisinières et les fours, par exemple.

L'énergie électrique peut également être convertie en lumière. Les premières lumières à arc reposaient sur une décharge électrique à travers un petit espace pour chauffer l'air jusqu'au point où il brillait - le même principe que l'éclair. Plus tard, l'ampoule à incandescence a été introduite: elle repose sur le courant qui fait chauffer un fil fin et enroulé. Les ampoules modernes à économie d’énergie font passer un courant à haute tension dans un gaz mince, le faisant émettre de la lumière ultraviolette, qui frappe un revêtement fluorescent pour produire une lumière visible.

Lorsqu'un matériau conducteur, tel qu'un fil de cuivre, est déplacé dans un champ magnétique, un courant est généré. Inversement, un courant traversant un fil produira un mouvement s’il subit un champ magnétique. C'est le principe derrière un moteur électrique. Ces dispositifs consistent en un agencement d'aimants et de bobines de fil de cuivre, de sorte que lorsqu'un courant circule dans le fil, un mouvement de rotation est produit. Les moteurs électriques sont largement utilisés dans l'industrie et à la maison, par exemple dans les machines à laver et les lecteurs de DVD.

Mesurer l'énergie électrique

L'énergie est mesurée en joules, un terme nommé d'après le physicien James Prescott Joule. Un joule correspond à peu près à la quantité d'énergie nécessaire pour soulever un poids d'une livre (0,45 kg) sur une distance verticale de neuf pouces (22,9 cm). Cependant, il est généralement plus pratique de penser à l’électricité en termes de puissance, qui est l’énergie divisée par le temps ou la vitesse à laquelle elle coule. Cela donne l'unité du watt, peut-être plus familière, nommée d'après le scientifique James Watt. Un watt équivaut à un joule par seconde.

Il existe un certain nombre d'autres unités liées à l'électricité. Le coulomb est l'unité de charge électrique. Cela peut être considéré comme une quantité d’électrons - 1,6 x 10 ¹⁹ - puisque tous les électrons ont la même charge très faible. L’ampère, généralement abrégé en «amp», est l’unité de courant électrique, ou le nombre d’électrons qui s’écoulent dans un laps de temps donné. Un ampli équivaut à un coulomb par seconde.

Le volt est l'unité de force électromotrice, ou la quantité d'énergie transférée par unité de charge ou coulomb. Un volt équivaut à un joule d'énergie transférée pour chaque coulomb de charge. La puissance, en watts, équivaut à la volt multipliée par l’ampère; un courant de cinq ampères à 100 volts équivaudrait à 500 watts.

Générer de l'énergie électrique

La plupart de l'électricité est générée par des dispositifs convertissant le mouvement de rotation en énergie électrique, selon le même principe qu'un moteur électrique, mais en sens inverse. Le mouvement des bobines de fil dans un champ magnétique produit un courant électrique. Généralement, la chaleur, souvent générée par la combustion de combustibles fossiles, est utilisée pour produire de la vapeur qui alimente une turbine afin d’assurer le mouvement de rotation. Dans une centrale nucléaire, l’énergie nucléaire fournit la chaleur. L'énergie hydroélectrique utilise le mouvement de l'eau sous gravité pour entraîner la turbine.

L'électricité produite dans les centrales électriques est généralement sous forme de courant alternatif (AC). Cela signifie que le courant inverse constamment sa direction, plusieurs fois par seconde. Dans la plupart des cas, la climatisation fonctionne bien et c’est ainsi que l’électricité arrive à la maison. Cependant, certains processus industriels requièrent un courant continu (DC) qui circule dans une seule direction. Par exemple, la fabrication de certains produits chimiques utilise l'électrolyse: la décomposition de composés en éléments ou de composés plus simples utilisant de l'électricité. Cela nécessite du courant continu, de sorte que ces industries auront besoin d'une conversion CA / CC ou disposeront de leur propre alimentation CC.

Il est plus efficace de transmettre de l'électricité à travers des lignes électriques à des tensions plus élevées. Pour cette raison, les centrales utilisent des dispositifs appelés transformateurs pour augmenter la tension de transport. Cela n'augmente pas l'énergie ni la puissance: lorsque la tension est augmentée, le courant est réduit et inversement. Le transport d'électricité sur de longues distances se fait en milliers de volts; cependant, il ne peut pas être utilisé dans les maisons à ces tensions. Les transformateurs locaux réduisent la tension à environ 110 volts aux États-Unis et à 220-240 volts en Europe pour les approvisionnements domestiques.

L'électricité pour les petits appareils basse consommation est souvent fournie par des piles. Ceux-ci utilisent l'énergie chimique pour générer un courant électrique relativement faible. Ils génèrent toujours un courant continu, et ont donc une borne négative et une borne positive. Les électrons circulent de la borne négative à la borne positive lorsqu'un circuit est terminé.