Faits sur l’électricité pour les enfants

L’électricité est la présence et le flux d’une charge électrique. En utilisant l’électricité, nous pouvons transférer de l’énergie d’une manière qui nous permet d’effectuer des tâches simples. Sa forme la plus connue est le flux d’électrons à travers des conducteurs tels que les fils de cuivre.

Le mot « électricité » est parfois utilisé pour signifier « énergie électrique ». Ils ne sont pas la même chose : l’électricité est un moyen de transmission de l’énergie électrique, comme l’eau de mer est un moyen de transmission de l’énergie des vagues. Un élément qui permet à l’électricité de se déplacer à travers lui est appelé un conducteur. Les fils de cuivre et autres objets métalliques sont de bons conducteurs, qui permettent à l’électricité de les traverser et de transmettre l’énergie électrique. Le plastique est un mauvais conducteur (également appelé isolant) et ne permet pas à beaucoup d’électricité de se déplacer à travers lui, il arrêtera donc la transmission de l’énergie électrique.

La transmission de l’énergie électrique peut se produire naturellement (comme la foudre), ou être faite par des personnes (comme dans un générateur). Elle peut être utilisée pour alimenter des machines et des appareils électriques. Lorsque les charges électriques ne sont pas en mouvement, l’électricité est appelée électricité statique. Lorsque les charges sont en mouvement, elles constituent un courant électrique, parfois appelé « électricité dynamique ». La foudre est le type de courant électrique le plus connu – et le plus dangereux – dans la nature, mais parfois l’électricité statique fait que les choses se collent les unes aux autres dans la nature aussi.

L’électricité peut être dangereuse, surtout autour de l’eau car l’eau est une forme de bon conducteur car elle contient des impuretés comme le sel. Le sel peut aider l’électricité à circuler. Depuis le dix-neuvième siècle, l’électricité est utilisée dans tous les domaines de notre vie. Jusque-là, elle n’était qu’une curiosité aperçue dans les éclairs d’un orage.

L’énergie électrique peut être créée si un aimant passe à proximité d’un fil métallique. C’est la méthode utilisée par un générateur. Les plus gros générateurs se trouvent dans les centrales électriques. L’énergie électrique peut également être libérée en combinant des produits chimiques dans un bocal avec deux types différents de tiges métalliques. C’est la méthode utilisée dans une batterie. L’électricité statique peut être créée par la friction entre deux matériaux, par exemple un bonnet de laine et une règle en plastique. Cela peut produire une étincelle. L’énergie électrique peut aussi être créée en utilisant l’énergie du soleil, comme dans les cellules photovoltaïques.

L’énergie électrique arrive dans les maisons par des fils depuis les endroits où elle est fabriquée. Elle est utilisée par les lampes électriques, les chauffages électriques, etc. De nombreux appareils comme les machines à laver et les cuisinières électriques utilisent l’électricité. Dans les usines, l’énergie électrique alimente les machines. Les personnes qui s’occupent de l’électricité et des appareils électriques dans nos maisons et nos usines sont appelées « électriciens ».

Comment ça marche

Il existe deux types de charges électriques qui se poussent et se tirent l’une sur l’autre : les charges positives et les charges négatives. Les charges électriques se poussent ou se tirent les unes sur les autres si elles ne se touchent pas. Cela est possible parce que chaque charge crée un champ électrique autour d’elle. Un champ électrique est une zone qui entoure une charge. À chaque point proche d’une charge, le champ électrique pointe dans une certaine direction. Si une charge positive est placée à cet endroit, elle sera poussée dans cette direction. Si une charge négative est mise à ce point, elle sera poussée dans la direction exactement opposée.

Cela fonctionne comme les aimants, et en fait, l’électricité crée un champ magnétique, dans lequel les charges similaires se repoussent et les charges opposées s’attirent. Cela signifie que si vous mettez deux négatifs proches l’un de l’autre et que vous les laissez partir, ils s’éloigneront. Il en va de même pour deux charges positives. Mais si vous placez une charge positive et une charge négative à proximité l’une de l’autre, elles se rapprocheront l’une de l’autre. Une façon courte de s’en souvenir est l’expression les opposés s’attirent comme se repoussent.

Toute la matière de l’univers est faite de minuscules particules avec des charges positives, négatives ou neutres. Les charges positives sont appelées protons, et les charges négatives sont appelées électrons. Les protons sont beaucoup plus lourds que les électrons, mais ils ont tous deux la même quantité de charge électrique, sauf que les protons sont positifs et les électrons négatifs. Comme  » les opposés s’attirent « , les protons et les électrons se collent les uns aux autres. Quelques protons et électrons peuvent former des particules plus grosses appelées atomes et molécules. Les atomes et les molécules sont encore très petits. Ils sont trop petits pour être vus. Tout objet de grande taille, comme votre doigt, contient plus d’atomes et de molécules que l’on ne peut en compter. Nous ne pouvons qu’estimer leur nombre.

Parce que les électrons négatifs et les protons positifs se collent ensemble pour former de gros objets, tous les gros objets que nous pouvons voir et sentir sont électriquement neutres. Électriquement est un mot qui signifie « décrivant l’électricité », et neutre est un mot qui signifie « équilibré ». C’est pourquoi nous ne sentons pas les objets nous pousser et nous tirer à distance, comme ce serait le cas si tout était chargé électriquement. Tous les grands objets sont électriquement neutres parce qu’il y a la même quantité de charge positive et négative dans le monde. On pourrait dire que le monde est exactement équilibré, ou neutre. Les scientifiques ne savent toujours pas pourquoi il en est ainsi.

Courant électrique

Les électrons peuvent se déplacer tout autour de la matière. Les protons ne se déplacent jamais autour d’un objet solide car ils sont très lourds, du moins par rapport aux électrons. Un matériau qui laisse les électrons se déplacer s’appelle un conducteur. Un matériau qui maintient chaque électron fermement en place est appelé un isolant. Le cuivre, l’aluminium, l’argent et l’or sont des exemples de conducteurs. Le caoutchouc, le plastique et le bois sont des exemples d’isolants. Le cuivre est très souvent utilisé comme conducteur parce que c’est un très bon conducteur et qu’il y en a beaucoup dans le monde. On trouve le cuivre dans les fils électriques. Mais parfois, d’autres matériaux sont utilisés.

À l’intérieur d’un conducteur, les électrons rebondissent, mais ils ne restent pas longtemps dans la même direction. Si un champ électrique est établi à l’intérieur du conducteur, les électrons vont tous commencer à se déplacer dans la direction opposée à celle que pointe le champ (parce que les électrons sont chargés négativement). Une batterie peut créer un champ électrique à l’intérieur d’un conducteur. Si les deux extrémités d’un fil sont reliées aux deux extrémités d’une pile (appelées électrodes), la boucle qui a été créée s’appelle un circuit électrique. Les électrons circuleront autour du circuit tant que la pile créera un champ électrique à l’intérieur du fil. Ce flux d’électrons autour du circuit est appelé courant électrique.

Un fil conducteur utilisé pour transporter du courant électrique est souvent enveloppé dans un isolant tel que le caoutchouc. C’est parce que les fils qui transportent du courant sont très dangereux. Si une personne ou un animal touchait un fil nu transportant du courant, il pourrait se blesser ou même mourir selon l’intensité du courant et la quantité d’énergie électrique que le courant transmet. Vous devez être prudent autour des prises électriques et des fils nus qui pourraient transporter du courant.

Il est possible de connecter un appareil électrique à un circuit afin que le courant électrique circule dans un appareil. Ce courant transmettra de l’énergie électrique pour que le dispositif fasse quelque chose que nous voulons qu’il fasse. Les dispositifs électriques peuvent être très simples. Par exemple, dans une ampoule électrique, le courant transporte de l’énergie dans un fil spécial appelé filament, ce qui la fait briller. Les dispositifs électriques peuvent également être très compliqués. L’énergie électrique peut être utilisée pour faire tourner un moteur électrique à l’intérieur d’un outil comme une perceuse ou un taille-crayon. L’énergie électrique est également utilisée pour alimenter les appareils électroniques modernes, y compris les téléphones, les ordinateurs et les télévisions.

Voici quelques termes qu’une personne peut rencontrer en étudiant le fonctionnement de l’électricité. L’étude de l’électricité et de la façon dont elle rend possible les circuits électriques est appelée électronique. Il existe un domaine de l’ingénierie appelé génie électrique, où les gens inventent de nouvelles choses en utilisant l’électricité. Tous ces termes sont importants à connaître pour eux.

• Le courant est la quantité de charge électrique qui circule. Quand 1 coulomb d’électricité passe quelque part en 1 seconde, le courant est de 1 ampère. Pour mesurer le courant en un point, on utilise un ampèremètre.

• La tension, aussi appelée « différence de potentiel », est la « poussée » derrière le courant. C’est la quantité de travail par charge électrique qu’une source électrique peut faire. Quand 1 coulomb d’électricité a 1 joule d’énergie, il aura 1 volt de potentiel électrique. Pour mesurer la tension entre deux points, on utilise un voltmètre.

• La résistance est la capacité d’une substance à « ralentir » la circulation du courant, c’est-à-dire à réduire la vitesse à laquelle la charge traverse la substance. Si une tension électrique de 1 volt maintient un courant de 1 ampère dans un fil, la résistance du fil est de 1 ohm – c’est la loi d’Ohm. Lorsque le flux de courant s’oppose, l’énergie est « consommée », ce qui signifie qu’elle est convertie en d’autres formes (comme la lumière, la chaleur, le son ou le mouvement)

• L’énergie électrique est la capacité de faire du travail au moyen de dispositifs électriques. L’énergie électrique est une propriété « conservée », ce qui signifie qu’elle se comporte comme une substance et peut être déplacée d’un endroit à l’autre (par exemple, le long d’un support de transmission ou dans une batterie). L’énergie électrique se mesure en joules ou en kilowattheures (kWh).

• La puissance électrique est le taux auquel l’énergie électrique est utilisée, stockée ou transférée. Les flux d’énergie électrique le long des lignes électriques sont mesurés en watts. Si l’énergie électrique est convertie en une autre forme d’énergie, elle est mesurée en watts. Si une partie est convertie et une autre stockée, elle est mesurée en volts-ampères, ou si elle est stockée (comme dans les champs électriques ou magnétiques), elle est mesurée en volts-ampères réactifs.

Production d’énergie électrique

L’énergie électrique est surtout produite dans des endroits appelés centrales électriques. La plupart des centrales électriques utilisent la chaleur pour faire bouillir l’eau en vapeur qui fait tourner une machine à vapeur. La turbine de la machine à vapeur fait tourner une machine appelée « générateur ». Des fils enroulés à l’intérieur du générateur sont mis en rotation dans un champ magnétique. L’électricité circule alors dans les fils, transportant l’énergie électrique. Ce processus s’appelle l’induction électromagnétique. Michael Faraday a découvert comment le faire.

Il existe de nombreuses sources de chaleur qui peuvent être utilisées pour générer de l’énergie électrique. Les sources de chaleur peuvent être classées en deux types : les ressources énergétiques renouvelables dans lesquelles l’approvisionnement en énergie thermique ne s’épuise jamais et les ressources énergétiques non renouvelables dans lesquelles l’approvisionnement finira par s’épuiser.

Parfois, un flux naturel, comme l’énergie éolienne ou l’énergie hydraulique, peut être utilisé directement pour faire tourner un générateur, de sorte qu’aucune chaleur n’est nécessaire.

Images pour enfants

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  Thalès, le plus ancien chercheur connu en électricité

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  Benjamin Franklin a mené des recherches approfondies sur l’électricité au 18ème siècle, comme le documente Joseph Priestley (1767) History and Present Status of Electricity, avec qui Franklin a entretenu une longue correspondance.

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  Les découvertes de Michael Faraday ont constitué la base de la technologie des moteurs électriques

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  La charge sur un électroscope à feuilles d’or.feuille d’or fait que les feuilles se repoussent visiblement

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  Un arc électrique fournit une démonstration énergique du courant électrique

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  Lignes de champ émanant d’une charge positive au-dessus d’un conducteur plan

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  Une paire de cellules AA. Le signe + indique la polarité de la différence de potentiel entre les bornes de la pile.

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  Un champ magnétique entoure un courant

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  Le moteur électrique exploite un effet important de l’électromagnétisme : un courant traversant un champ magnétique subit une force perpendiculaire à la fois au champ et au courant

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  Le physicien italien Alessandro Volta montrant sa « batterie » à l’empereur français Napoléon Bonaparte au début du XIXe siècle.

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  Un circuit électrique de base. La source de tension V à gauche conduit un courant I autour du circuit, délivrant de l’énergie électrique dans la résistance R. De la résistance, le courant retourne à la source, complétant le circuit.

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  Composants électroniques à montage en surface

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  Alternateur du début du XXe siècle fabriqué à Budapest, Hongrie, dans le hall de production d’énergie d’une centrale hydroélectrique (photographie de Prokudin-Gorsky, 1905-1915).

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  L’énergie éolienne revêt une importance croissante dans de nombreux pays

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  L’anguille électrique, Electrophorus electricus

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