La physique de l'électricité est une chose à laquelle chacun de nous doit faire face. Dans l'article, nous examinerons les concepts de base qui y sont associés.
Qu'est-ce que l'électricité ? Pour un non-initié, il est associé à un éclair ou à l'énergie qui alimente la télé et la machine à laver. Il sait que les trains électriques utilisent de l'énergie électrique. Que peut-il dire d'autre ? Les lignes électriques lui rappellent notre dépendance à l'électricité. Quelqu'un peut donner quelques autres exemples.
Cependant, de nombreux autres phénomènes, pas si évidents, mais quotidiens, sont liés à l'électricité. La physique nous les présente tous. Nous commençons à étudier l'électricité (tâches, définitions et formules) à l'école. Et nous apprenons beaucoup de choses intéressantes. Il s'avère qu'un cœur qui bat, un athlète qui court, un bébé qui dort et un poisson qui nage génèrent tous de l'énergie électrique.
Électrons et protons
Définissons les concepts de base. Du point de vue d'un scientifique, la physique de l'électricité est associée au mouvement des électrons et d'autres particules chargées dans diverses substances. Par conséquent, la compréhension scientifique de la nature du phénomène qui nous intéresse dépend du niveau de connaissance des atomes et de leurs particules subatomiques constitutives. Le minuscule électron est la clé de cette compréhension. Les atomes de toute substance contiennent un ou plusieurs électrons qui se déplacent sur diverses orbites autour du noyau, tout comme les planètes tournent autour du soleil. Habituellement, le nombre d'électrons dans un atome est égal au nombre de protons dans le noyau. Cependant, les protons, étant beaucoup plus lourds que les électrons, peuvent être considérés comme fixés au centre de l'atome. Ce modèle extrêmement simplifié de l'atome suffit à expliquer les bases d'un phénomène tel que la physique de l'électricité.
Que devez-vous savoir d'autre ? Les électrons et les protons ont la même charge électrique (mais de signe différent), ils sont donc attirés l'un vers l'autre. La charge d'un proton est positive et celle d'un électron est négative. Un atome qui a plus ou moins d'électrons que d'habitude est appelé un ion. S'il n'y en a pas assez dans un atome, on l'appelle un ion positif. S'il en contient un excès, on parle alors d'ion négatif.
Quand un électron quitte un atome, il acquiert une charge positive. Un électron, privé de son opposé - un proton, soit se déplace vers un autre atome, soit revient au précédent.
Pourquoi les électrons quittent-ils les atomes ?
Cela est dû à plusieurs raisons. La plus générale est que sous l'influence d'une impulsion lumineuse ou d'un électron extérieur, un électron se déplaçant dans un atome peut être expulsé de son orbite. La chaleur fait vibrer les atomes plus rapidement. Cela signifie que les électrons peuvent voler hors de leur atome. Dans les réactions chimiques, ils se déplacent également d'un atome à l'autre.atome.
Un bon exemple de la relation entre l'activité chimique et électrique est fourni par nos muscles. Leurs fibres se contractent lorsqu'elles sont exposées à un signal électrique du système nerveux. Le courant électrique stimule les réactions chimiques. Ils entraînent une contraction musculaire. Des signaux électriques externes sont souvent utilisés pour stimuler artificiellement l'activité musculaire.
Conductivité
Dans certaines substances, les électrons sous l'action d'un champ électrique externe se déplacent plus librement que dans d'autres. On dit que ces substances ont une bonne conductivité. Ils sont appelés conducteurs. Ceux-ci comprennent la plupart des métaux, des gaz chauffés et certains liquides. L'air, le caoutchouc, l'huile, le polyéthylène et le verre sont de mauvais conducteurs d'électricité. Ils sont appelés diélectriques et servent à isoler les bons conducteurs. Les isolants idéaux (absolument non conducteurs) n'existent pas. Sous certaines conditions, des électrons peuvent être retirés de n'importe quel atome. Cependant, ces conditions sont généralement si difficiles à remplir que, d'un point de vue pratique, ces substances peuvent être considérées comme non conductrices.
Se familiariser avec une science telle que la physique (section "Électricité"), nous apprenons qu'il existe un groupe spécial de substances. Ce sont des semi-conducteurs. Ils se comportent en partie comme des diélectriques et en partie comme des conducteurs. Il s'agit notamment: du germanium, du silicium, de l'oxyde de cuivre. De par ses propriétés, le semi-conducteur trouve de nombreuses applications. Par exemple, il peut servir de valve électrique: comme une valve de pneu de vélo, ilpermet aux charges de se déplacer dans une seule direction. De tels dispositifs sont appelés redresseurs. Ils sont utilisés dans les radios miniatures ainsi que dans les grandes centrales électriques pour convertir le courant alternatif en courant continu.
La chaleur est une forme chaotique de mouvement de molécules ou d'atomes, et la température est une mesure de l'intensité de ce mouvement (dans la plupart des métaux, lorsque la température diminue, le mouvement des électrons devient plus libre). Cela signifie que la résistance au libre mouvement des électrons diminue avec la diminution de la température. En d'autres termes, la conductivité des métaux augmente.
Supraconductivité
Dans certaines substances à très basse température, la résistance au flux d'électrons disparaît complètement et les électrons, ayant commencé à se déplacer, le poursuivent indéfiniment. Ce phénomène est appelé supraconductivité. À des températures de quelques degrés au-dessus du zéro absolu (-273 °C), on l'observe dans des métaux tels que l'étain, le plomb, l'aluminium et le niobium.
Générateurs Van de Graaff
Le programme scolaire comprend diverses expériences avec l'électricité. Il existe de nombreux types de générateurs, dont nous aimerions parler plus en détail. Le générateur Van de Graaff est utilisé pour produire des ultra-hautes tensions. Si un objet contenant un excès d'ions positifs est placé à l'intérieur d'un récipient, alors des électrons apparaîtront sur la surface interne de ce dernier, et le même nombre d'ions positifs apparaîtra sur la surface externe. Si nous touchons maintenant la surface interne avec un objet chargé, tous les électrons libres y passeront. Dehorsles charges positives resteront.
Dans un générateur Van de Graaff, les ions positifs d'une source sont appliqués sur un tapis roulant à l'intérieur d'une sphère métallique. Le ruban est relié à la surface interne de la sphère à l'aide d'un conducteur en forme de peigne. Les électrons descendent de la surface intérieure de la sphère. Des ions positifs apparaissent sur sa face externe. L'effet peut être amélioré en utilisant deux générateurs.
Courant électrique
Le cours de physique de l'école comprend également une chose comme le courant électrique. Qu'est-ce que c'est? Le courant électrique est dû au mouvement des charges électriques. Lorsqu'une lampe électrique connectée à une batterie est allumée, le courant circule à travers un fil d'un pôle de la batterie à la lampe, puis à travers ses cheveux, le faisant briller, et revient à travers le deuxième fil jusqu'à l'autre pôle de la batterie. Si l'interrupteur est tourné, le circuit s'ouvrira - le flux de courant s'arrêtera et la lampe s'éteindra.
Mouvement des électrons
Le courant dans la plupart des cas est un mouvement ordonné d'électrons dans un métal qui sert de conducteur. Dans tous les conducteurs et certaines autres substances, il y a toujours un mouvement aléatoire, même s'il n'y a pas de courant qui circule. Les électrons dans la matière peuvent être relativement libres ou fortement liés. Les bons conducteurs ont des électrons libres qui peuvent se déplacer. Mais dans les mauvais conducteurs, ou isolants, la plupart de ces particules sont assez fortement connectées aux atomes, ce qui empêche leur mouvement.
Parfois, le mouvement des électrons dans une certaine direction est créé naturellement ou artificiellement dans un conducteur. Ce flux est appelé courant électrique. Elle se mesure en ampères (A). Les ions (dans les gaz ou les solutions) et les "trous" (manque d'électrons dans certains types de semi-conducteurs) peuvent également servir de porteurs de courant. Ces derniers se comportent comme des porteurs de courant électriques chargés positivement. Une certaine force est nécessaire pour faire bouger les électrons dans une direction ou Dans la nature, ses sources peuvent être: l'exposition au soleil, les effets magnétiques et les réactions chimiques. aux réactions chimiques. Les deux appareils, créant une force électromotrice (EMF), provoquent le déplacement des électrons dans une direction à travers le circuit. La valeur EMF est mesurée en volts (V). Ce sont les unités de base de l'électricité.
L'amplitude de la FEM et la force du courant sont interconnectées, comme la pression et le débit dans un liquide. Les conduites d'eau sont toujours remplies d'eau à une certaine pression, mais l'eau ne commence à couler que lorsque le robinet est ouvert.
De même, un circuit électrique peut être connecté à une source d'EMF, mais le courant n'y circulera pas tant qu'un chemin n'aura pas été créé pour que les électrons puissent se déplacer. Il peut s'agir, par exemple, d'une lampe électrique ou d'un aspirateur, l'interrupteur joue ici le rôle d'un robinet qui "libère" le courant.
La relation entre courant ettension
Lorsque la tension dans le circuit augmente, le courant augmente également. En étudiant un cours de physique, on apprend que les circuits électriques se composent de plusieurs sections différentes: généralement un interrupteur, des conducteurs et un appareil qui consomme de l'électricité. Tous, connectés ensemble, créent une résistance au courant électrique qui (en supposant une température constante) pour ces composants ne change pas avec le temps, mais est différente pour chacun d'eux. Par conséquent, si la même tension est appliquée à une ampoule et à un fer à repasser, le flux d'électrons dans chacun des appareils sera différent, car leurs résistances sont différentes. Par conséquent, l'intensité du courant traversant une certaine section du circuit est déterminée non seulement par la tension, mais également par la résistance des conducteurs et des appareils.
Loi d'Ohm
La valeur de la résistance électrique est mesurée en ohms (Ohm) dans une science telle que la physique. L'électricité (formules, définitions, expériences) est un vaste sujet. Nous ne dériverons pas de formules complexes. Pour la première connaissance du sujet, ce qui a été dit ci-dessus suffit. Cependant, une formule vaut encore la peine d'être dérivée. Elle est assez simple. Pour tout conducteur ou système de conducteurs et de dispositifs, la relation entre la tension, le courant et la résistance est donnée par la formule: tension=courant x résistance. C'est l'expression mathématique de la loi d'Ohm, du nom de George Ohm (1787-1854), qui fut le premier à établir la relation entre ces trois paramètres.
La physique de l'électricité est une branche scientifique très intéressante. Nous n'avons considéré que les concepts de base qui lui sont associés. Le saviez-vousQu'est-ce que l'électricité et comment est-elle produite ? Nous espérons que ces informations vous seront utiles.
