ÉLECTRICITÉ Vue d'ensemble
L'étude des phénomènes électriques constitue une des bases de la description de l'Univers ; ces phénomènes sont partout présents : les forces qui agissent au sein de toute matière entre les électrons et les noyaux atomiques sont des forces électriques ; la lumière est une onde électromagnétique.
Les premières observations électrostatiques et magnétostatiques dont nous soyons sûrs datent du vie siècle avant J.-C. : l'ambre jaune (en grec êlektron) frotté attire les corps légers, le fer est attiré par la pierre d'aimant provenant de Magnésie, ville d'Asie Mineure. L'article sur l'histoire de l'électricité traite de l'évolution des idées en ce domaine et montre comment on a pu aboutir aux équations de Maxwell : ces équations fournissent toutes les informations purement électriques et indiquent comment les charges électriques sont responsables des phénomènes électrostatiques, tandis que les charges électriques mobiles (courant électrique) permettent d'atteindre les phénomènes magnétiques.
Il est très utile de savoir si un matériau peut conduire ou non l'électricité, c'est-à-dire s'il peut être parcouru ou non par un courant électrique : on distingue ainsi les corps isolants, conducteurs et semi-conducteurs. Signalons qu'à basse température et sous des champs magnétiques pas trop élevés, certains corps sont dans l'état supraconducteur : ils peuvent alors être traversés par un courant continu sans aucune perte de puissance. Une autre classification des corps peut être trouvée en examinant les phénomènes magnétiques : les corps peuvent être diamagnétiques, paramagnétiques, ferromagnétiques, antiferromagnétiques ou ferrimagnétiques [cf. magnétisme].
Les éléments des circuits sont les résistances (dans lesquelles de l'énergie est dissipée), les inductances (dans lesquelles on peut stocker de l'énergie sous forme magnétostatique) et les condensateurs (stockage d'énergie électrostatique). Quand on établit diverses connexions entre de tels éléments, il est nécessaire d'en connaître le comportement d'ensemble : on étudie les circuits électriques quand les dimensions de l'ensemble sont très faibles devant la longueur d'onde et les lignes de transmission électriques dans le cas contraire. Cette distinction provient du fait suivant : dans un fil isolé soumis à des phénomènes périodiques, l'intensité du courant traversant le fil, à un instant bien précisé, dépend du point considéré : toutefois, l'intensité est quasi la même pour deux points dont la distance mutuelle est très faible devant la longueur d'onde et l'approximation relative aux circuits (le courant ne dépend pas du point considéré) peut être utilisée. Pour les courants industriels (f = 50 Hz), il suffit que la distance considérée soit très faible devant 6 000 km.
Pour qu'un ensemble électrique (circuit ou ligne) soit utile, il faut qu'il comprenne au moins un générateur électrique et au moins un récepteur électrique. Quand l'aspect principal est la transmission d'un message, d'une information, on parle des techniques de la radioélectricité ; le domaine de l'électrotechnique, au contraire, est celui où l'aspect principal est la transmission de puissance. Dans le domaine de l'électrotechnique, les récepteurs transforment l'énergie électrique en un autre type d'énergie : les moteurs électriques fournissent ainsi de l'énergie mécanique. Les générateurs électriques effectuent l'opération inverse ; en partant d'énergie mécanique, les alternateurs fournissent de l'énergie électrique sous forme alternative. Les transformateurs permettent de transmettre l'énergie entre deux circuits de type différent. Les convertisseurs fournissent des tensions et des fréquences autres que celles qui sont imposées par un générateur de courant alternatif ou continu[...]
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Écrit par
- Gérard FOURNET : professeur à l'université de Paris-VI et à l'École nationale supérieure d'électricité, directeur du laboratoire de génie électrique de la Ville de Paris
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