L'électricité est un phénomène banal et vital pour la plupart des gens. Et comme toute chose familière, on la remarque rarement. Peu de gens se demandent d'où elle vient, comment elle fonctionne ou ce qu'on peut en faire. Cependant, elle a été explorée bien avant le Christ et certains mystères restent sans réponse.
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Qu'est-ce qu'un courant électrique ?
L'électricité est un phénomène complexe impliquant l'existence de charges électriques. Le mot le plus couramment utilisé pour désigner le courant électrique et tous les processus qu'il provoque.
Le courant électrique est le mouvement directionnel de particules porteuses de charges sous l'influence d'un champ électrique.
Qui a inventé l'électricité - histoire
Les manifestations particulières de l'électricité ont été étudiées bien avant notre ère. Mais les combiner en une seule théorie pour expliquer les éclairs dans le ciel, l'attraction des objets, la capacité à provoquer des incendies et à engourdir des parties du corps, voire la mort humaine, s'est avéré un défi.
Les scientifiques étudient les trois manifestations de l'électricité depuis les temps anciens :
- Les poissons produisent de l'électricité ;
- L'électricité statique.;
- Le magnétisme.
Dans l'Égypte ancienne, les guérisseurs connaissaient les étranges capacités du poisson-chat du Nil et tentaient de l'utiliser pour traiter les maux de tête et autres affections. Les médecins romains de l'Antiquité utilisaient la raie électrique à des fins similaires. Les Grecs anciens ont étudié en détail les étranges capacités de la raie et savaient que la créature pouvait assommer un homme sans contact direct grâce à un trident et à des filets de pêche.
Un peu plus tôt, on avait découvert que si l'on frotte de l'ambre sur un morceau de laine, elle commence à attirer la laine et les petits objets. Un autre matériau aux propriétés similaires, la tourmaline, a été découvert par la suite.
Vers 500 avant J.-C. Les scientifiques indiens et arabes connaissaient les substances capables d'attirer le fer et ont largement utilisé cette capacité dans divers domaines. Vers 100 avant J.-C., des scientifiques chinois ont inventé la boussole magnétique.
En 1600, William Gilbert, médecin de la cour d'Elizabeth I et de James I, a découvert que la planète entière était une énorme boussole et a introduit le concept d'"électricité" (du grec "ambre"). Dans ses écrits, les expériences de frottement de l'ambre sur la laine et la capacité de la boussole à indiquer le nord commencent à se combiner en une seule théorie. Sur la photo ci-dessous, il fait une démonstration de l'aimant à Elizabeth I.
En 1633, l'ingénieur Otto von Guericke invente la machine électrostatique qui peut aussi bien attirer que repousser des objets et en 1745, Pieter van Muschenbroek construit le premier accumulateur de charges électriques au monde.
En 1800, l'Italien Alessandro Volta invente la première... alimentation en énergie - une batterie électrique qui génère courant continu. Il était également capable de transmettre du courant électrique sur une certaine distance. Par conséquent, cette année est considérée par beaucoup comme l'année de l'invention de l'électricité.
En 1831, Mike Faraday découvre le phénomène de l'induction électromagnétique et ouvre la voie à l'invention de divers appareils basés sur le courant électrique.
Au tournant des 19e et 20e siècles, un grand nombre de découvertes et d'avancées sont réalisées grâce aux travaux de Nikola Tesla. Entre autres choses, il a inventé le générateur de haute fréquence et transformateurle moteur électrique, l'antenne pour les signaux radio.
La science de l'électricité
L'électricité est un phénomène naturel. Il est en partie étudié en biologie, en chimie et en physique. Les charges électriques sont étudiées de manière plus approfondie dans le cadre de l'électrodynamique, l'une des branches de la physique.
Théories et lois de l'électricité
Les lois qui s'appliquent à l'électricité sont peu nombreuses, mais elles décrivent parfaitement le phénomène :
- La loi de conservation de l'énergie est la loi fondamentale à laquelle obéissent également les phénomènes électriques ;
- Loi d'Ohm - la loi fondamentale du courant électrique ;
- La loi de l'induction électromagnétique - sur les champs électromagnétiques et magnétiques ;
- Loi d'Ampère - sur l'interaction de deux conducteurs avec des courants ;
- Loi de Joule-Lenz - sur l'effet thermique de l'électricité ;
- La loi de Coulomb - sur l'électrostatique ;
- Règles de la main droite et de la main gauche - détermination des directions des lignes de force du champ magnétique et force ampère agissant sur un conducteur dans un champ magnétique ;
- Règle de Lenz - détermination de la direction du courant d'induction ;
- Les lois de Faraday - sur l'électrolyse.
Les premières expériences avec l'électricité
Les premières expériences avec l'électricité étaient principalement de nature ludique. Leur essence était des objets légers qui s'attiraient et se repoussaient sous l'action d'une force mal comprise. Une autre expérience amusante a été la transmission de l'électricité par une chaîne de personnes se tenant par la main. Les effets physiologiques de l'électricité ont été activement étudiés par Jean Nollet, qui a fait passer une charge électrique à travers 180 personnes.
En quoi consiste un courant électrique ?
Un courant électrique est un mouvement dirigé ou ordonné de particules chargées (électrons, ions). Ces particules sont appelées porteurs de charge électrique. Pour que le mouvement se produise, il faut que la matière contienne des particules chargées librement. La capacité des particules chargées à se déplacer dans une substance détermine la conductivité de cette substance. Selon la conductivité, les substances sont différenciées en conducteurs, semi-conducteurs, diélectriques et isolants.
Dans les métaux, les électrons déplacent la charge. La substance elle-même ne s'écoule pas - les ions métalliques sont fermement fixés aux nœuds de la structure et n'oscillent que légèrement.
Dans les liquides, les ions portent la charge : cations chargés positivement et anions chargés négativement. Les particules se précipitent vers des électrodes de charge opposée, où elles deviennent neutres et se déposent.
Dans les gaz, le plasma est formé par des forces ayant des potentiels différents. La charge est portée par des électrons libres et des ions provenant des deux pôles.
Dans les semi-conducteurs, la charge est portée par les électrons, qui se déplacent d'un atome à l'autre et laissent derrière eux des espaces considérés comme chargés positivement.
D'où vient le courant électrique ?
L'électricité qui circule dans les foyers à travers les fils est produite par un générateur électrique dans diverses centrales. Dans ces derniers, le générateur est relié à une turbine en rotation continue.
La conception d'un générateur possède un rotor, une bobine, qui est placée entre les pôles d'un aimant. Lorsque la turbine fait tourner ce rotor, un courant électrique est induit ou généré dans le champ magnétique selon les lois de la physique. Le but du générateur est donc de convertir la force cinétique de la rotation en électricité.
On peut faire tourner une turbine de plusieurs façons, en utilisant diverses sources d'énergie. Il en existe trois types :
- Renouvelable - énergie dérivée de ressources inépuisables : cours d'eau, lumière solaire, vent, sources géothermiques et biocarburants ;
- Non renouvelable - énergie dérivée de ressources qui se renouvellent très lentement, sans commune mesure avec le rythme de consommation : charbon, pétrole, tourbe, gaz naturel ;
- Nucléaire - énergie dérivée du processus de fission nucléaire des cellules.
L'électricité est le plus souvent produite par le fonctionnement de.. :
- Les centrales hydroélectriques (HPP) - construites sur les rivières et exploitant la puissance du débit de l'eau ;
- Les centrales thermiques (TPP) - fonctionnent grâce à l'énergie thermique produite par la combustion d'un combustible ;
- Les centrales nucléaires (NPP) - fonctionnent grâce à l'énergie thermique dérivée du processus de réaction nucléaire.
L'énergie transformée circule dans les fils jusqu'aux postes de transformation et de commutation, puis jusqu'au consommateur final.
De nos jours, les formes d'énergie dites alternatives sont activement développées. Il s'agit notamment des éoliennes, des panneaux solaires, de l'utilisation de sources géothermiques et de tout autre moyen d'obtenir de l'électricité grâce à des phénomènes inhabituels. Les énergies alternatives sont bien inférieures aux sources traditionnelles en termes de performance et de retour sur investissement, mais dans certaines situations, elles permettent de faire des économies et de réduire la charge sur les principaux réseaux électriques.
Il y a aussi un mythe sur l'existence BTGS - Générateurs sans carburant. Il existe des vidéos sur Internet qui montrent comment ils fonctionnent, et ils sont proposés à la vente. Mais l'authenticité de ces informations est très contestée.
Les types d'électricité dans la nature
L'exemple le plus simple d'électricité naturelle est la foudre. Les particules d'eau dans les nuages se heurtent constamment les unes aux autres, devenant ainsi chargées positivement ou négativement. Les particules légères, chargées positivement, se retrouvent au sommet du nuage, tandis que les particules négatives, plus lourdes, descendent. Lorsque deux nuages de ce type sont suffisamment proches l'un de l'autre, mais à des hauteurs différentes, les charges positives de l'un sont mutuellement attirées par les particules négatives de l'autre. C'est à ce moment-là que la foudre se produit. Ce phénomène se produit également entre les nuages et la surface de la Terre elle-même.
Une autre manifestation de l'électricité dans la nature est constituée par les organes spéciaux des poissons, des raies et des anguilles. Ils peuvent les utiliser pour créer des charges électriques afin de se défendre contre les prédateurs ou d'assommer leurs victimes. Leur potentiel va de décharges très faibles, invisibles pour l'homme, à des décharges mortelles. Certains poissons créent un faible champ électrique autour d'eux pour les aider à trouver leurs proies et à naviguer dans les eaux boueuses. Tout objet physique le déforme d'une manière ou d'une autre, ce qui vous aide à recréer votre environnement et à "voir" sans vos yeux.
L'électricité se manifeste également dans le système nerveux des organismes vivants. L'influx nerveux transmet des informations d'une cellule à l'autre, ce qui vous permet de répondre aux stimuli externes et internes, de penser et de contrôler vos mouvements.
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