Quelques notions de base sur l’électricité

Constitution de la matière

L’ atome est le constituant élémentaire de la matière. Il est constitué d’un noyau autour duquel gravitent des électrons.

Un atome peut donc perdre ou gagner un ou plusieurs électrons. C’est le phénomène d’ionisation.

Conséquence : Le courant électrique dans un conducteur est constitué d’électrons libres qui voyagent d’un atome vers un autre.

 

Production de courant

Un générateur électrique est un appareil capable de fournir d’une part, une grande quantité d’électrons libres à la borne négative et d’autre part, une grande quantité d’ions positifs à la borne positive.

 

Différence de potentiel

Pour que le courant électrique puisse circuler dans le conducteur qui relie les deux bornes d’un générateur, il faut évidemment qu’il y ait un déséquilibre dans le nombre d’électrons libres. Cet état est appelé potentiel électrique.

L’unité de différence de potentiel (ddp) est le VOLT (V), symbolisé par la lettre U.

Pour mesurer cette ddp, on utilise un voltmètre. Celui-ci se branche toujours en parallèle sur le circuit.

 

Intensité du courant électrique

L’intensité du courant électrique représente la quantité d’électrons qui ont traversé le circuit (générateur, conducteur et charge).

L’intensité du courant se mesure en Ampère (A), symbolisé par la lettre I.

Pour mesurer cette intensité, on utilise un ampèremètre qui se monte en série sur le circuit.

Dans l’illustration ci-dessus la charge utilisée est une résistance.

Loi de Pouillet

Plusieurs notions :

- On peut définir la résistance électrique d’un circuit comme étant la difficulté que présente ce circuit au passage du courant électrique. L’unité de résistance est l’OHM.

- Nous pouvons également déclarer que lorsque la longueur L d’un conducteur augmente, sa résistance grandit proportionnellement. De même lorsque la longueur diminue, sa résistance diminue.

Enfin, la loi de Pouillet nous donne la relation suivante :

La résistance d’un conducteur est directement proportionnelle à sa résistivité et à sa longueur (L); elle est inversement proportionnelle à la section (S) de ce conducteur.

Quelques exemple de valeurs en ohm mm²/ m à 20°C :

- Cuivre 0.017

- Argent 0.016

- Alu 0.028

- Fer 0.1

Nous noterons que les corps permettant le passage du courant sont appelés conducteurs. On trouve par exemple les métaux comme le cuivre, l’aluminium, l’argent, …

Les corps ne permettant pas le passage du courant sont appelés isolants. Le caoutchouc, le verre, le mica, la porcelaine, plastiques, … sont des corps isolants.

Conclusion : Un fort courant dans un fil de faible section provoque un échauffement du fil et sa combustion. Il est impératif d’adapter la section des fils si on ne veut pas transformer son installation en radiateur ou pire, déclencher un incendie…

 

Quelques notions pour votre sécurité

On a évalué expérimentalement la résistance du corps humain à 1000 ohms dans les conditions suivantes : peau humide, sans chaussure et dans un local mouillé. Dans ces conditions, il pourrait y avoir danger pour 0.025 x 1000 = 25 volts, ce qui a permis de fixer la tension limite à 24 volts.

Effets de l’intensité sur une personne adulte, pendant un temps indéterminé :

- de 0 à 0.5 mA : aucune sensation

- de 0.5 à 10 mA : sensation très faible

- de 10 mA à 30 mA : tétanisation musculaire : c’est une contraction qui, dans certains cas, « accroche » la victime à la partie sous tension

- de 30 à 75 mA : seuil de paralysie respiratoire

- de 75 mA à 1 A : seuil de fibrillation cardiaque irréversible : la fréquence du courant occasionne un désordre du rythme cardiaque, qui s’ajoute aux brûlures provoquées par le passage du courant.

 

Capacité et puissance d’une pile

La capacité d’alimentation est la quantité d’énergie stockée dans la pile.

Cette capacité se mesure en wattheures (Wh le symbole). Un Wattheure est la tension (V) que la pile fournit multipliée par la quantité de courant (ampères), que la pile peut fournir sur un certain laps de temps (généralement en heures). Tension x ampères x heures = Wh. La tension est fixée pour un type de pile en fonction de sa chimie interne (alcalines, lithium, plomb, etc) Amps * Souvent seulement l’heure de mesure est imprimée sur le côté en Ah ou mAh (1000 mAh = 1 Ah).

Pour obtenir Wh, il faut multiplier Ah par la tension nominale. Par exemple, pour une batterie de 3V nominal avec 1 capacité en ampère-heure, il y a donc 3 Wh de capacité. 1 Ah indique en théorie que l’on peut tirer 1 ampère de courant pendant une heure, ou 0,1 A pendant 10 heures, ou 0,01 A (aussi connu comme 10 mA) pendant 100 heures.

La cellule photovoltaïque

La cellule photovoltaïque est l'élément de base des panneaux solaires qui produisent de l'électricité.

Description
 
Un cristal semi-conducteur dopé P est recouvert d'une zone très mince dopée N et d'épaisseur e égale à quelques millièmes de mm. Entre les deux zones se trouve une jonction J.
La zone N est couverte par une grille métallique qui sert de cathode k tandis qu'une plaque métallique a recouvre l'autre face du cristal et joue le rôle d'anode. L'épaisseur totale du cristal est de l'ordre du mm.
Un rayon lumineux qui frappe le dispositif peut pénétrer dans le cristal au travers de la grille et provoquer l'apparition d'une tension entre la cathode et l'anode. En général le semi-conducteur de base est du silicium monocristallin comme celui qui est utilisé pour la fabrication des transistors mais on rencontre maintenant plus fréquemment du silicium polycristallin moins coûteux à produire.

 

 

 

Association de cellules

Pour obtenir une force électromotrice supérieure à 12 volts il est nécessaire de mettre en série plusieurs cellules de 0,6 volts. Par exemple un panneau fournissant 20 volts à vide est constitué de 36 cellules. Par contre, la mise en parallèle de cellules permet d'obtenir un courant d'intensité plus grande donc une puissance plus élevée. Le câblage série-parallèle est utilisé pour obtenir un générateur aux caractéristiques souhaitées.