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    Les neuf mots de l'électricité  
    Fabrice Nicot et Carine Peyrières - Science et vie junior - 2004-10-01      
La résistance   Faut pas croire ! Même libres, les électrons ont la vie dure… Car le métal, bien que conducteur, a tendance à faire de la résistance au passage du courant.  
    Pour vous faire une idée des difficultés rencontrées par un électron libre, imaginez que vous piquiez un sprint dans les rayons d'un grand magasin bondé. Vous heurtez des clients furibards, vous renversez un chariot… Bref, vous rencontrez des obstacles ! Pour les électrons libres, c'est pareil.
Dans le conducteur, ils percutent sans cesse les atomes de métal, perdant de l'énergie au passage. Cette résistance à leur passage est mesurée en ohms (W).
 
   

notre consommation de sodium est bien trop élevée.

 
    L'électricité, pour vous, c'est du chinois ?
Pas de panique, grâce à ce petit lexique, tout vous paraîtra lumineux.
 
Les électrons   C'est sûr : du haut de son millionième de millionième de millimètre, il n'en impose pas vraiment. Mais on a beau aborder ['électricité par tous les bouts, on retombe toujours sur lui : l'électron, porte la charge électrique la plus riquiqui de l'Univers (-1,6x10-19 Coulomb).
D'ordinaire, l'électron tourne avec ses congénères autour du noyau des atomes.
La faute, justement, à sa charge négative. Car le noyau, lui, possède une charge positive. Or, deux charges de signes opposés s'attirent. Bilan, une attraction mutuelle lie l'électron au noyau, un peu comme la Terre est liée au Soleil. En général, un grand nombre d'électrons entourent le noyau. Ils forment des couches empilées les unes sur les autres, comme un oignon.
La force qui les lie au noyau diminue rapidement avec la distance. Aussi, les électrons les plus lointains sont à peine retenus. Ce sont les électrons libres, à l'origine du courant électrique.
 
Le courant
électrique
  Une fois que l'on a fait connaissance avec les électrons, on se dit que le courant électrique n'est pas sorcier à comprendre. C'est tout simplement le passage des électrons à l'intérieur d'un conducteur.
Eh bien, désolé, mais c'est un poil plus compliqué que ça. Oh certes, les électrons se déplacent bien dans le conducteur. Seulement, ils prennent leur temps : environ une heure pour parcourir un mètre ! Pourtant, lorsqu'on appuie sur l'interrupteur, la lumière apparaît instantanément.
 
    Alors, quelle est la clé du mystère ?
En réalité, les électrons ne se donnent pas la peine de piquer un sprint jusqu'à la lampe. Dans le fil conducteur, ils tous alignés comme des billes d'un boulier. Lorsque vous pressez l'interrupteur, la première "bille"de la file tape dans la seconde, qui tape dans la troisième et ainsi de suite tout au long du fil, jusqu'à la lampe. Et c'est ce choc qui se déplace, à la vitesse de la lumière, soit environ 300'000 km/s.
Mais l'ensemble des électrons de la file ne bouge que de quelques millimètres par seconde. Et encore ! Ca, c'est dans le cas du courant continu produit, par exemple, par une pile : les électrons se déplacent tous dans le même sens.
Mais dans le cas du courant alternatif, celui qui alimente votre maison, les électrons n'arrêtent pas de changer de sens : ils partent à droite puis, après vingt millisecondes, ils repartent à gauche, et ainsi de suite. Un courant circule donc sans cesse mais, en moyenne, le déplacement des électrons est nul.
 
Conducteurs
et isolants
  Les atomes qui peinent à retenir leurs électrons forment la famille des métaux conducteurs d'électricité, comme le cuivre, le fer, l'aluminium…
Ce sont eux, en particulier le cuivre, que l'on utilise pour fabriquer les fils électriques.
 
    Mais tous les noyaux ne lâchent pas facilement la bride aux électrons. Certains atomes composant le verre, le caoutchouc ou la porcelaine, par exemple, possèdent des couches d'électrons plus compactes autour du noyau. Aucun électron ne peut s'en extraire. Ces atomes sans électrons baladeurs, ce sont les isolants. Et avec eux, le courant ne passe pas.  
L'intensité   Inutile d'être un as de l'électricité pour se douter que l'on éclaire pas le stade de France avec le même courant électrique que celui de votre lampe de chevet. Sinon les joueurs risquent de courir dans le noir ! Et pour cause : ce courant manquera cruellement d'intensité.  
    Voici une petite expérience garantie sans risque pour toucher du doigt l'intensité.
Allez faire un tour dans une rue commerçante proche de chez vous. Arrêtez-vous à un endroit précis, et comptez le nombre de gens qui parajectoire, observée depuis la Terre, apparaîtra "déviée vers la droite de son mouvement" comme si l'obus avait pris un virage. Dans l'hémisphère Nord, cette "déviation vers la droite" est observable quelle que soit la direction du lancement.
 
    Si vous remplacez les quidams par des électrons, vous aurez une bonne idée de ce qu'est l'intensité : c'est le nombre d'électrons qui passent en un endroit donné pendant une seconde.
Cette intensité se mesure en ampères (A). Un ampère correspond au passage de 6,25 milliards de milliards d'électrons en une seconde ! Mais… n'y aurait-il pas une légère contradiction avec le fait qua dans le courant alternatif, les électrons semblent immobiles ?
En réalité, la contradiction n'est qu'apparente. Les électrons se déplacent tous ensemble vers la droite, puis repartent vers la gauche et ainsi de suite. Rien n'empêche alors de les compter, lorsqu'ils passent devant un point précis. Même si au final, le résultat de ces allers-retours est un déplacement nul.
 
La tension   Des électrons, même libres, qui se mettent à bouger dans un conducteur, ça peut paraître un peu mystérieux de prime abord. En réalité, le moteur des électrons, c'est la différence de potentiel électrique, que l'on appelle également tension et que l'on mesure en volts (V). Pour comprendre comment ta tension met en mouvement les électrons, imaginez un instant qu'ils sont comme des balles placées dans un tuyau. Si ce dernier est parfaitement horizontal, les balles restent immobiles. Maintenant, abaissez l'une des extrémités, tandis que l'autre reste à la même hauteur. Cette fois, les balles vont se mettre en mouvement. Car la différence de hauteur dans le tuyau a fourni de l'énergie aux balles pour qu'elles se déplacent. De même, dans un conducteur, la différence de potentiel électrique qui règne entre ses deux extrémités met en mouvement les électrons libres. Plus la différence de potentiel entre deux points d'un circuit électrique est importante, et plus les électrons auront de l'énergie pour se déplacer entre ces deux points. Mais attention de ne pas pousser trop loin dans l'analogie ! La différence de potentiel dans un conducteur n'a rien à voir avec la différence d'altitude entre ses deux extrémités ! En électricité, la différence de potentiel correspond à une différence de charges électriques, c'est-à-dire un excès d'électrons d'un  
    Un conducteur parfait – cela n'existe pas encore – aurait une résistance de zéro ohm. Tandis que dans un isolant parfait, elle est infinie.  
L'effet Joule   L'effet Joule est la plus évidente manifestation de la résistance du conducteur au passage du courant.
Si vous voulez faire passer beaucoup d'électrons (forte intensité) dans très peu d'espace (fil électrique très fin), alors la résistance au passage du courant devient très forte. Les frottements sont très nombreux. Il se passe la même chose que lorsque vous frottez vos mains l'une contre l'autre : ça chauffe !
 
    L'effet Joule est bien utile pour griller votre pain de mie : c'est lui qui fait rougeoyer la résistance de votre grille-pain. Dans une ampoule incandescente, il est à l'origine de l'illumination du filament de tungstène qui atteint les 2'500 C ! Mais l'effet Joule n'a pas que des bons côtés, tant s'en faut. Il peut mettre le feu dans une installation électrique, si vous faites par exemple passer un courant d'une trop grande intensité dans des fils trop étroits.  
La puissance   Imaginez que vous souhaitez déménager votre appartement. Evidemment, vous allez demander à des amis de vous prêter main-forte.
Vous pouvez jouer alors sur deux paramètres : le nombre d'amis disponibles et leur force. L'idéal pour débarrasser la pièce en un clin d'oeil, c'est d'avoir le maximum de potes dotés des plus gros biscotos.
 
    C'est un peu la même chose en électricité : pour fournir le maximum d'énergie à un appareil, par exemple un moteur électrique, il faut lui fournir le plus d'électrons possible, les plus énergétiques possible.
La combinaison de leur nombre, autrement dit l'intensité, et de leur énergie, qui dépend de la tension, constitue la puissance délivrée par un courant.
 
La masse   Lorsque vos amis vous lancent "T'es à la masse !"ce n'est pas franchement un compliment. Mais si c'est un électricien qui vous le dit, ça peut devenir dangereux !
Car "être à la masse", en électricité, signifie que votre potentiel électrique est celui de la terre, autrement dit 0 V.
 
    A priori, pas de quoi avoir peur de ce zéro pointé, sauf si vous touchez un fil à 230 V. Les électrons, qui ne résistent pas à une belle différence de potentiel, continueront alors leur chemin à travers vous !
Car si le corps humain est un piètre conducteur d'électricité, il conduit tout de même le courant et vous êtes électrocuté. Pour éviter ça, la plupart des appareils électriques sont reliés à la terre via un fil.
 
    Imaginez que le fil à 230V d'un vieux frigo se trouve en contact, parce qu'il est dénudé, avec la carcasse métallique de l'appareil. Vous avez la main sur la poignée. Le courant a alors deux possibilités de rejoindre la terre : par vous ou par le fil de terre.
Comme ce dernier est un meilleur conducteur que vous, le courant prendra la poudre d'escampette par la terre, vous évitant le pire.
 
L'électricité,
c'est dangereux
  On ne le répètera jamais assez, l'électricité, c'est dangereux.
Il faut se méfier des courants, même faibles. Un courant de 25 mA (milliampères), soit environ le dixième de celui qui parcourt une ampoule électrique, peut tuer un homme ! Voici donc une liste donnant les dégâts causés au corps humain, pour une tension de 230V. Ils ne sont qu'indicatifs. Les effets du courant varient considérablement selon les parties de votre corps qu'il traverse, la résistance de votre peau (qui diminue avec son humidité) et la durée du contact avec le corps.
  • 0,5 mA : sensation de picotement.
  • 5 mA : secousses (la fameuse poignée de châtaignes).
  • 30 mA : la paralysie des muscles des poumons empêchent la respiration.
  • 75 mA : le coeur se met à battre irrégulièrement puis s'arrête.
 
       
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