Les 4 grandeurs électriques à connaître

Les 4 grandeurs électriques à connaître

Afin de bien comprendre les notions élémentaires de l’électricité, je vous expose dans cet article les 4 principales grandeurs à connaître.
Il est souvent fait l’analogie avec l’eau pour comprendre certaines grandeurs qualifiées d’ « abstraites » pour le néophyte. 

 

La tension

On peut comparer la tension à ce qu’on appelle la hauteur d’une chute d’eau.

Plus précisément, ce qui va caractériser la hauteur, c’est la différence de niveau entre un point A et un point B.
Plus la différence entre ces deux derniers points sera importante, plus la hauteur sera élevée. On imagine donc qu’une chute d’eau ayant une certaine hauteur délivrera une certaine pression au point le plus bas.
Pour revenir à notre chère électricité, la « pression » précédemment citée peut être rapportée à la tension.
En d’autres termes, la tension va correspondre à la force avec laquelle le courant électrique sera envoyé dans un circuit.

La tension est également appelée la « différence de potentiel » car on observe aux bornes d’un générateur une différence du nombre de charges entre les deux pôles.

La tension est exprimée en VOLTS (V).

Ex: On mesure 230V aux bornes d’une prise de courant ou alors 12V aux bornes d’une batterie de voiture. 

 

Le courant

Le courant pourrait correspondre au débit de l’eau. Plus le débit va être important, plus grande devra être la dimension des tuyaux qui transporteront le fluide.

En réalité, le courant électrique correspond au déplacement des électrons avec un certain débit, et les câbles électriques seront dimensionnés en fonction de ce paramètre.
Il est à noter qu’une intensité de courant trop importante dans un conducteur peut conduire à sa destruction et provoquer un incendie.

C’est pour cela qu’il existe des dispositifs de protection (comme les disjoncteurs, les fusibles, les relais thermiques etc…) afin de protéger les installations contre ce phénomène.

Le courant (ou l’intensité) est exprimé en AMPERES (A).

 

La résistance 

Une résistance est un matériau qui s’oppose au passage du courant. Plus la résistance sera élevée, et moindre sera le courant qui la traversera.
Elle permet aussi à l’énergie électrique de se transformer en énergie calorifique, car sous l’action du passage du courant, elle va produire de la chaleur.

Il existe une relation très connue sous le nom de la LOI D’OHM (U=R.I) qui démontre que la tension dans un circuit est égale au produit de sa résistance et du courant qui le traverse. Cette loi ne s’applique qu’aux résistances pures et n’est pas utilisable pour un moteur électrique ou un circuit comportant des condensateurs.

Elle est exprimée en OHMS (Ω).

 

La puissance

En courant continu, la puissance est le produit de la tension et de l’intensité. Elle représente l’énergie absorbée par un circuit ou par un appareil électrique et ce, par unité de temps.
Elle est exprimée en WATTS (W) mais peut être aussi exprimée en VOLTS-AMPERES (VA). Cette dernière est la puissance apparente, servant principalement à dimensionner une installation.
Un paramètre non négligeable peut venir perturber le calcul de cette grandeur en courant alternatif: c’est le facteur de puissance (ou cosφ).

On verra plus tard que ce petit facteur peut modifier le résultat suivant que l’on branche un récepteur inductif ou capacitif dans un circuit. Cette notion importante fera l’objet d’un autre article prochainement.

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Les 3 effets principaux de la Fée Electricité …

Les 3 effets principaux de la Fée Electricité …

L’électricité se distingue principalement à travers les trois effets suivants les plus connus:

 

L’effet calorifique

Plus connu sous le nom d’effet « joule », il se manifeste lorsqu’un courant électrique traverse un matériau résistant; l’énergie dissipée dégage de la chaleur.
On utilise principalement cet effet pour l’éclairage mais surtout pour le chauffage (convecteur électrique).
En effet, pour l’éclairage, la résistance représente un filament porté à incandescence dans une enveloppe de verre contenant un gaz rare.

L’effet magnétique

Si l’on enroule un fil de cuivre autour d’un matériau en fer doux et que l’on fait circuler un courant électrique dans ce fil, alors se produit un champ magnétique.
Ce principe se retrouve dans le fonctionnement d’un moteur électrique,  d’un simple relais ou d’un contacteur.
Le champ magnétique ainsi créé va induire un courant électrique à son tour, tel est le principe de fonctionnement d’un transformateur.

Ce principe présente aussi l’avantage d’être réversible puisque si l’on fait tourner un moteur électrique mécaniquement, alors il produira du courant.
D’ailleurs, ce procédé est largement utilisé pour produire de l’électricité (dynamo, éolienne, groupe turbo-alternateur …).

L’effet chimique

Si un courant électrique traverse une solution ionique, par le biais de deux électrodes, il va se produire un échange d’électrons donc de matière, d’une électrode à l’autre.
Cette réaction est connue sous le nom de l’électrolyse.
On s’en sert principalement dans le milieu industriel pour la galvanoplastie ou le raffinage de certains métaux.
De même que l’effet magnétique, si l’on inverse le système, on obtiendra une pile ou une batterie puisque la réaction chimique produira du courant. Il suffira de placer l’électrolyse dans une enveloppe hermétique.

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Qu’est-ce que l’électricité ?

Qu’est-ce que l’électricité ?

Remémorons-nous nos lointains cours de physique: l’atome constitué d’un noyau et de ses électrons qui gravitent autour…

 

Le noyau d’un atome est constitué de charges positives: les protons; et de particules électriquement neutres: les neutrons.
Les électrons, quant à eux, sont des particules qui possèdent une charge négative et qui gravitent en couches concentriques autour du noyau. Parfois certains d’entre eux se détachent de leur atome: ce sont les électrons libres.

Il existe ainsi deux sortes d’éléments: les matériaux conducteurs constitués d’atomes dont leurs électrons sont « libres » et les matériaux isolants, constitués d’atomes dont leurs électrons sont « prisonniers »

Matériaux isolants, ne permettant pas le passage du courant (exemples):

  • Le verre
  • Le PVC
  • Le bois
  • La porcelaine …

Matériaux conducteurs, qui laissent passer le courant (exemples):

  • les métaux
  • L’eau
  • les minéraux …

Oui mais alors ?

Pour faire circuler des électrons libres, d’un point A vers un point B, avec plus ou moins de « force » , il faut un curieux appareil que l’on appelle un générateur !
Le générateur est une source de tension. Il constitué de deux bornes métalliques et prévu pour créer un surplus (+) d’électrons sur une de ses bornes par rapport à l’autre ().

Lorsque l’on y raccorde un récepteur (une ampoule par exemple), le générateur se comporte un peu comme une pompe à électrons, il aspire les charges positives et renvoie les charges négatives dans le circuit.
Ainsi, les électrons se déplacent de manière ordonnée de la borne – vers la borne +.

Mais par convention, on dit que le sens du courant est à l’inverse du sens des électrons; si bien que l’on a longtemps pensé que le courant circulait de la borne + vers la borne -.

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