L'électricité

Electricité
La charge électrique se conserve toujours et constitue une propriété essentielle
des particules élémentaires soumises à l'interaction électromagnétique
L'unité usuelle de mesure de la charge est le coulomb (C). Depuis l'expérience de
Millikan en 1909, il a été mis en évidence que la charge électrique est quantifiée :
toute charge Q quelconque est un multiple entier de la charge élémentaire, notée e,
qui correspond à la valeur absolue de la charge de l'électron, avec e ≈ 1,602 × 10−19
C.
Symboles usuels : Q, q
Loi de Coulomb
Mise en évidence en 1785 par le physicien français Charles-Augustin Coulomb, la loi
de Coulomb permet d'exprimer la force exercée par une charge électrique de
valeur q1 sur une autre charge électrique de valeur q2, toutes deux supposées
ponctuelles, et fixes dans le référentiel d'étude.
La loi de Coulomb s'écrit :
avec :
K constante de proportionnalité, qui dans le système international d'unités se met
sous la forme :

r12 est le vecteur reliant les points où sont placés les charges et respectivement,
de norme .
Clairement, si les charges sont de même signe, alors la force est répulsive, alors
que dans le cas contraire elle est attractive.
k = 9 x 10^9 Nm^2 /C^2
Le champ élecrtique
En physique, le champ électrique est le champ vectoriel créé par des particules
électriquement chargées.

Le champ électrique noté E se donne selon l’équation suivante : E = F/q
Avec F = force éléctrostatique et q = charge de la particule
-E est en newton par coulomb ( N x C-1)
-F est en newton ( N )
-q est en coulomb ( C )
La tension électrique
La tension électrique (notée U) est une grandeur qui représente la circulation du
champ électrique le long d'un circuit. Exprimée en Volts (V), elle sert à désigner
l'intensité électrique d'un appareil ou d'un dispositif.
Rappelons que plus l'altitude d'un corps est grande, plus son énergie potentielle de
pesanteur est élevée. Par analogie avec l'altitude d'un corps de masse m dans le
champ de la pesanteur, on peut définir l’énergie potentielle Wél et le potentiel V
d'une charge q dans un champ électrique.
Wp = m g h et Wél = q V
Le potentiel est donc une mesure de l'énergie potentielle des charges q. La tension
U ou différence de potentiel U12 = V1 - V2 = U est une mesure de la différence
d'énergie potentielle des charges q. Il faut donc mesurer le potentiel en un point par
rapport à une référence 0 et la tension entre deux points (par exemple 1 et 2). La
tension ou le potentiel se mesurent en volts en mémoire d'Alessandro Volta.
[V] = [U] = V V = Wel / q U = 'Wél / q
Equations liées à la tension:

U = R x I
E = U/d
P = U x I
E = champ électrique; I = intensité du courant (A); R = valeur de la résistance
(ampoule par éxemple) en Ohms (Ω); P = puissance
Il existe différents types de tension:
-Continue: la tension est stable dans le temps et sa valeur n'évolue pas, ou très peu.
C'est le type de tension utilisée en électronique et en informatique.
-Alternative : monophasée ou polyphasée la tension est généralement sinusoïdale
(délivrée par accoups). C'est celle délivrée par les réseaux électriques standards.
On peut mesurer la tension à l'aide d'un voltmètre branché en
parallèle/ dérivation sur le circuit. Cette mesure fut découverte
par Alessandro comte de la Volta*
Application numérique
Soit une particule de charge q = 1.6.10-19 C passe entre deux
plaques métalliques qui peut être considéré comme un condensateur plan. Les
plaques sont soumises à une tension de 100 V et sont distantes de 5 cm. Calculons
la valeur du champ électrique qui règne entre les deux plaques :
On sait que E = U/d
Donc E = 100/0.05 = 2000 V/m
Si on cherche maintenant à calculer l'intensité de la force que subit la particule, il
nous faut appliquer cette relation : F = q.E
F = 1.6.10-19 x 2000 = 3.2 10-16 N
On peut préciser que comme la charge de la particule est positive, elle subit une
force dirigée dans le même sens du champ électrique.

Le courant électrique ou intensité I
L'intensité du courant électrique I mesure la charge débitée par unité de temps : I =
'Q / 't Son unité est l'ampère [I] = A, donnée en souvenir du physicien français
André-Marie Ampère.
Loi d’Ohm
On note :
U la tension aux bornes de la résistance ;
I l’intensité du courant qui circule à travers la résistance ;
R la valeur de la résistance.
La loi d'Ohm établit que (en convention récepteur) : U=R x I
La tension est exprimée en volts (V), la résistance en ohms (Ω) et l’intensité en
ampères (A).
Exercices
1) Calculer la force électrique entre deux charges positives de 1 C
placées à un mètre l'une de l'autre.