chap 1 et chap 2

1
Chap1. Introduction:L’électricitédanslemonded’hieret
d’aujourd’hui
Le mot électricité provient du mot grec  (êlektron). En effet les premières études de
phénomènes électriques ont été rapportées autour de l’an -600 par Thalès de Milet (ville
située aujourd’hui en Turquie). A cette époque, on rapporte en effet que l’ambre jaune (une
résine de conifère), après avoir été frottée à l’aide d’un tissus, possède la propriété de déplacer
des objets légers.
Figure 1.1 : Portrait de Thalès et photo d'un
morceau d'ambre jaune
Figure 1.2 : une baguette isolante frottée
attire des objets légers
L’électricité continuera de fasciner pendant des siècles sans que la compréhension du
phénomène ne progresse réellement. A partir du XVIIème siècle, les scientifiques européens
développeront cette nouvelle science qui convergera au XIXème avec l’étude du magnétisme.
On crée d’abord des générateurs électrostatiques par frottement qui permettent de reproduire
précisément des expériences consistant à charger et décharger divers objets, et même des
homme ou des femmes dans les salons parisiens.

2
Figure 1.3: Machine électrostatique
En faisant tourner un disque de verre en contact avec un tissus, on pouvait créer des charges
électriques importantes.
William Gilbert emploie le mot électricité pour la première fois en 1600, Charles Du Fay met
en évidence deux types d’électricité positive et négative (alors appelées vitreuse et résineuse),
Charles de Coulomb énonce les lois de forces électrostatiques en 1785, Alessandro Volta
réalise la première pile électrique 1799 ouvrant ainsi la voie à l’étude de courants continus.
André-Marie Ampère (Né à Lyon, un musée lui est dédié à Poleymieux au mont d’Or dans sa
maison natale) jette les bases de l’électromagnétisme qui seront complétées par la suite par
James Clerk Maxwell.
Figure 1.4 : Schéma de la balance de Coulomb
ayant servi pour quantifier la force
électrostatique
Figure 1.5 : table d'expériences d'Ampère

3
Ainsi au XIXème et au XXème siècle les applications des phénomènes électriques (on devrait
plutôt dire électromagnétiques) se sont développées et répandues très rapidement : l’éclairage
public puis domestique s’est très largement répandu après l’invention de l’ampoule électrique
ou du tube néon ; les moteurs électriques se sont perfectionnés et ont permis la création de
machines industrielles toujours plus perfectionnées automatisant les tâches répétitives et aussi
des transports en commun moins polluants (train, métro, tram…).
Figure 1.6 : ampoule de Thomas Edison
Figure 1.7 : En 1870 Zénobe Gramme invente
la dynamo
Vers le milieu du XXème siècle on découvre le phénomène de supraconductivité à basse
température qui permet de construire des électro-aimants extrêmement puissants avec des
applications en recherche (LHC au CERN par ex.), en médecine (IRM, RMN,…).
Figure 1.8 : Aimant supraconducteur le plus
puissant au monde (expérience CMS au
CERN)
Figure 1.9 : Application médicales des aimants
supraconducteurs : l'IRM
La compréhension des phénomènes électriques et magnétiques va ouvrir aussi la voie à
l’électronique et à la miniaturisation des circuits électriques avec les applications que l’on

4
connaît tous aujourd’hui dans le domaine des télécommunications et des technologies de
l’information
Les applications de l’électricité dans la vie quotidienne, l’industrie et la recherche sont
innombrables et il est donc impossible de les citer toutes dans cette introduction. Cependant,
étant donné l’importance de ce sujet, les enjeux sociétaux de la production et de la
consommation de l’énergie électrique, il apparaît indispensable pour un étudiant dans un
domaine scientifique d’en maîtriser au moins les connaissances élémentaires.

5
Chap2. Lesnotionsdebasedel’électricité
1. Lachargeélectrique
1.1. Chargeélémentaire
La matière est constituée de particules élémentaires possédant (au moins) deux propriétés
intrinsèques : une masse noté m et une charge électrique notée q.
La matière macroscopique se constitue à partir de ces particules élémentaires, notamment les
plus stables d’entre elles que sont l’électron, le neutron et le proton, pour former atomes et
molécules.
La charge de l’électron (en valeur absolue) est considérée comme l’unité de charge
élémentaire, exprimée en Coulomb (C) elle vaut :
19
e 1,602 10 C
Contrairement à la masse, toujours positive, on affecte arbitrairement un signe + ou – à une
charge électrique selon le sens de la force qu’elle subit lorsqu’on la place dans un champ
électrique. Ainsi un électron possède une charge –e, un proton une charge +e et un neutron
une charge nulle.
1.2. Quantitésdechargemacroscopique
En électricité, on considérera toujours des quantités de matière chargée tellement grandes,
qu’on pourra approximer les déplacements de charges à un fluide électrique. On notera
souvent q, Q ou q une telle quantité de charge.
Les ordres de grandeur pour les quantités de charges dépendent de la taille des circuits
étudiés, cela peut aller du pC (10-12 C) dans des circuits intégrés miniaturisés de téléphone
mobile par exemple, à des C dans des lignes de transports d’électricité. Dans des circuits
étudiés sur une table de TP, l’ordre de grandeur est le µC (10-6 C).
Dans un circuit électrique, on considérera toujours un déplacement de charges positives.
Aussi, même si l’on sait que dans un métal, ce sont des électrons de charge –e qui sont
responsables de la conduction, on raisonnera comme s’il s’agissait de particules de charges +e
se déplaçant en sens inverse.
2. Lecourantélectrique
2.1. Observation
Toujours dans un métal, le mouvement des électrons est freiné par les collisions sur le réseau
cristallin, et provoque un échauffement du métal. Cet échauffement, quasiment inévitable
(excepté dans les supraconducteurs) est appelé effet Joule. Il implique une transformation de
l’énergie électrique en chaleur. Pour maintenir un courant constant, cette énergie perdue doit
être compensé par un générateur. La Figure 2.1 montre que pour maintenir une ampoule
allumée, il faut la relier à un générateur (pile) pour former un circuit fermé.