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      Physique 5 - électricité - électricité statique
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P  P (chaleur, pression, liquides, colles, mousses, ondes et communication, socialisation, dérives..) P (électricité )  P (magnétisme)  P (électromagnétisme)


Cette page:

Piles et batteries (caractéristiques, usages, tests de décharge, comparaison et utilisations ; danger potentiel des batteries, la voiture électrique) - Eclairage (ampoules à filament courantes, halogènes, néon, basse consommation - usages, comparaison) - Compréhension du courant électrique - Electricité statique - champ électrique

 

Tout sur la physique et l'électricité, en bas de page
 

Batterie ou accumulateur ?  l'accumulateur devrait être l'élément constitutif d'une batterie 12 volts (voiture) composée de 6 accumulateurs !  mais le langage courant est très confus, mêlant accumulateur et batterie, puisque l'on appelle batterie un seul élément rechargeable et vice et versa.. Les anglais appellent nos piles des batteries et nos batteries, des batteries rechargeables.
Tensions délivrées par les piles et batteries  :  Pour
un seul élément constitutif de base :  pile classique alcaline ou améliorée cadmium 1,5 volts (1,65 max) - piles bouton cadmium ou équivalent, généralement 1,5 volts
pile bouton lithium, 3 volts - batterie plomb, 2 volts batteries  Nickel-métal hydrure (Ni-Mh),1,20 volts (1,38 max mais ça ne tient pas); cette tension plus faible peut limiter ou rendre impossible son usage pour des appareils modernes conçus pour se couper assez tôt - batterie ou Li-ion dont l'électrolyte est organique, anhydre lithium-ion,

1.000 recharges ! C'est ce que promettent les fabricant de batteriessa capacité diminue progressivement à chaque recharge et sa résistance intérieure augmente (voir plus loin)  si bien qu'au bout d'un temps optimiste de trois ans, elle perdu plus de 50% de sa capacité d'origine. On les trouve encore bonnes, mais on s'étonne qu'elles faiblissent si vite. Celle de votre voiture obéit à la même règle. Pensez y. Le mieux est de les tester en très fort débit jusqu'à la décharge (tout allumer, phares etc et tirer de nombreuses fois le démarreur.
:

 ion: c'est un un atome - constitué d'un noyau et d'électrons qui gravitent autour - qui n'est plus équilibré du point de vue électrique car il a perdu un ou plusieurs atomes. Il est donc "en état de manque" et saisit toute occasion pour récupérer ses électrons perdus (et il y a forcément des électrons libres, c'est à dire "arrachés" comme cela lui est arrivé, qui se promènent dans la matière ou qui se trouvent dans un autre atome complet, mais qui serait plus faible que lui).

Evolution : Plusieurs écueils sont à surmonter, le stockage de l'hydrogène, forcément sous sa forme liquide, et surtout  le gaz lui-même, hautement instable (on se souvient de la tragédie d'un ballon allemand Zeppelin à l'hydrogène).
Le plus gros écueil serait finalement la production d'hydrogène, alors qu'il existe en quantité gigantesque puisqu'avec l'oxygène, il compose l'eau (H20)
! mais actuellement, ça coûterait trop cher à produire ca il n'est guère facile de séparer la molécule. On chercherait, donc pour le moment, des "sources" naturelles d'où on pourrait l'extraire à moindre coût.

Jusqu'à présent, il fallait une usine à gaz pour faire un moteur, mais c'est fait, des prototypes roulent et les allemands ne sont pas loin d'en vendre. J'avais entendu dire qu'en miniaturisé, ce serait plus facile, avec comme objectif, les très faibles puissances, pour les portables, petits appareils électroniques. Pas de nouvelles pour le moment.

Le prix des piles ;

Les piles et batteries représentent un marché juteux

Une information obscure ; Les fabricants disent que c'est trop variable pour être mentionné ; c'est un peu vrai mais sans plus, car vous voyez bien, en notant les dates, que votre poste de radio tient à peu près toujours le même temps. Ils préfèrent de loin indiquer "nouveau", "super puissante", "spéciale radio", "extra longue durée" etc. sans jamais donner de chiffre. A vous de faire des tests de rapport qualité prix. J'ai essayé des piles de la marque du magasin, à peine moins chères, qui n'ont rien duré.


 

Ce qui les différencie, c'est la valeur de leur résistance intérieure.
Explication.

 

La différence constatée est fulgurante

 

 Une 2100 mAh gros modèle (LR14, LR20) supporte nettement mieux un débit (ampères) élevé qu'une standard (AA ou LR6) de même capacité.

Ne pas confondre capacité en Ah (ampères heurs avec énergie ou puissance !!


Pour le modèle du test ci-dessus, donc sous 9 volts supposés stables, l'énergie fournie en une heure (t=1) sera donc de 200 mAh x 9 volts, soit 1800 mW. A titre de comparaison, une batterie AAA (LR6)  de 1.2 volts et 1000 mAh, fournira en une heure 1000 mAh x 1,2 volts, soit seulement 1200 mW.  La 9 volts, avec ses seulement 200 petits mAh, n'est donc pas si faiblarde que l'on le croit.

 

Autre considération à prendre en compte, la résistance intérieure.

deux accumulateurs de deux types (LR6 et LR14) qui portent la même indication : 2500 milliampère/heure; ils ont également le même voltage (tension); quelle est leur différence ?  ni la quantité d'énergie stockée, ni le voltage ? elles ont toutes les deux 2500 Mah et le même volta suite colonne de droite 

 

Un fabricant prétend que sa batterie de 1700 mAh dure 3 à 4 fois plus qu'une pile alcaline; on pourrait en déduire qu'une pile alcaline AA: LR6 fait en moyenne 1700/ 3 = 566 mAh (millièmes d'Ampère /heure).

La surprenante réalité. Voici ci-dessous mes mesures réalisées par décharge des différentes batteries et piles sur une résistance (une pour toutes les AA, batteries et une pile, et une autre consommant moins pour les batteries AAA. .

Remarques sur les relevés ci-dessous : les piles et batteries ont été déchargées par deux (une seule exception), et sans interruption (les batteries et piles se refont une petite santé si on les utilisent par intermittence.  La régularité des tests de décharge n'est qu'approximative, car j'ai parfois oublié de faire mes relevés.

LES RESULTATS ding ding !  c'est l'énorme surprise, car contre toute attente puisque l'écart devrait être trois à quatre fois mieux pour les batteries, les piles Varta "high power" - test non prévu au départ et accompli in fine par souci de vérité - font à peu près aussi bien qu'une batterie GP 2700 mah !!  commentaires : les piles sont plus longue à baisser à moins de 2 volts (soit 1v par batterie), mais . Leur tension n'était que de 1.5 volt chacune au départ contre 1.65 v généralement constaté pour une pile neuve, mais comme les batteries ont un an et demi, cela s'équilibre peut-être.
Petit bémol d'enthousiasme, les batteries utilisées avec un appareil plus gourmand en watts reprendraient largement l'avantage. Remarque; la pile baisse régulièrement, la batterie beaucoup moins, sauf au début (la charge lui donne une tension qu'elle ne tient pas: 1.4 ou plus)
.

EXPERIMENTEZ !!
Connecter une batterie à une ampoule: utiliser un gros et court caoutchouc (ou en mettre plusieurs), pour maintenir les deux fils électriques. Précaution: au pole (+), placer une rondelle isolante genre joint de flexible de douche ou un bout de ruban adhésif pour éviter tout court-circuit éventuel avec le corps de la batterie qui est, sous la peinture, au pôle (-)

  

Attention, le temps est mesuré en demi-heures pour les batteries : l'unité 16 correspond donc à 8 heures

 

 

La deuxième surprise est la faible différence avec une 2500 bien plus chère, et une 2000, surtout avec une 2100 "Recyclo", dite longue durée, en fait dans le temps, à vide car donnée pour plus d'un an (résultats affirmés chez Sanyo qui produit aussi ce genre de piles sous le nom de eneloop (vendue chez "la rue des piles" pour info). En fait, la "recyclo" 2100 mah fait aussi bien que la GP 2500 nouvelle, dite longue durée, d'autant que mes "recyclo" sont anciennes (12 2007) mais ont sans doute moins servi car je les croyais trop faiblardes avec leur petit 2100. En tous cas, éviter les 2700 et plus, vu leur prix, car elles n'apporteraient rien. Mais mon test ne porte que sur un nombre restreint de marques. J'ai achetées d'autres 2700 de marque inconnue en grande surface (lecler) qui n'ont pas duré (un désastre), alors que de normales "faible prix" (Lecle) paraissent donner toute satisfaction en remplacement dans un aspirateur main et un bloc visseuse-perceuse (prix de moitié par rapport à de grandes marques.  A NOTER : la différence de prix peut désormais jouer selon la qualité de la charge (juste le minimum ou presque plein). Et ils ne le disent pas forcément. Batteries de type "recyko" (vertes, et eneloop de Sanyo (ça se répand..). Ces batteries, de 2100 Mah (milli ampère/heure), auraient un taux de décharge naturel inférieur aux autres batteries. Le fabricant le compare à celui des piles. C'est sans doute exagéré, mais après en avoir mis dans mon carillon de porte sans fil (le boitier à l'intérieur qui produit le son), il me semble que les batteries durent plus longtemps. En effet, avec les batteries normales de 2500 Mah, l'arrêt de fonctionnement est fréquent malgré la rareté des coups de sonnettes. Par exemple au bout d'un mois ou un peu plus ?  Difficile à vérifier mais je vous invite à vous y intéresser.

Conclusion; vu le prix généralement exagéré des fortes capacités et le risque de les voir trop vite HS, mieux vaut ne pas dépasser 2500 mah, sauf si un autre test contredit le mien.

Résultat du test du carillon, c'est mieux mais pas extra car il consomme à vide pour entretenir son récepteur radio.

Les 2000 mah de type recyclo (eneloop ou GP 2500 longue durée me paraissent les plus intéressantes. Avantage des recyclo (testées) : bien que les plus anciennes, elles ont une tension plutôt plus forte au départ (donc plus longue vie ?) et tiennent plus longtemps à vide.

Batteries Sanyo eneloop.: sa "eneloop", conserverait près de plus de 90 % de sa tension au bout d'un an et serait encore à demi au bout de trois.

J'ai lancé un test dans une pendule fin mars 2013, là où une pile normale peut dépasser les deux/trois ans ! pour l'instant, (juillet), elle tique. On verra si la tension plus faible qu'une pile est un handicap. Il y a différentes qualités dans les pendules, et certaines pour gadgets de touristes sont de mauvaise qualité.

Batteries courantes Ni-Mh. Selon une information de revue, ces batteries perdraient 2% de leur tension par jour ! ça me paraît exagéré, bien que je n'aie procédé à aucun test, d'autant que Sanyo semble bien plus clément en les comparant aux siennes.

 

La troisième surprise ne vient pas de moi : les piles ordinaires peuvent être prolongées par recharge et je l'ai expérimenté !! 

Je ferai un test de capacité un de ces jours, donc à suivre, mais en attendant, NE LES JETEZ PLUS, RECHARGEZ !!

- Explications :  si vous avez un appareil qui cesse de fonctionner quand les piles baissent à moins de 1,25 V chacune, il ne fonctionnera qu'un temps très court avec les 1,36 volts max d'un batterie chargée à bloc, qui passent très vite à 1,2 volts.La capacité de la batterie est alors inutilisable.

Charge des batteries; une charge lente, par exemple 12 h min, est préférable à une charge rapide (exemple 3 heures ou moins). La charge est plus complète et fatigue moins la batteries.

Ceci n'est jamais évoqué dans les tests de laboratoires.

Inconvénients des batteries: à vide, la batterie se décharge plus rapidement que la pile. Un petit court-circuit accidentel peut la détruire irrémédiablement ; il en est de même si on la décharge trop, batteries au lithium comprises. Les batteries Ni-MH sont très sensibles et mieux vaut ne pas les décharger au-delà de la cessation de fonction, en général près de 1 volt, c'est à dire quand l'éclairage chute brutalement ou que l'appareil cesse de fonctionner. Si on oublie d'éteindre ou de couper et que la batterie continue à débiter, elle risque de se détruire.

A A capacité égale, une batterie fera fonctionner un appareil gourmand en intensité de courant (ampères), là ou une pile s'écroulera.


Danger des batteries: si ses deux bornes d'une batterie de voiture sont accidentellement reliées, cela peut faire fondre un câble d'acier, une pince ou une clé dans une explosion de métal en fusion !

Les batteries peuvent remplacer avantageusement les piles, mais leur tension de service n'est que de 1,25 volts (max de 1,42 v qui chute immédiatement), comparé au 1,5 volts cette faible tension peut limiter ou rendre  leur utilisation impossible, d'autant que les appareils modernes sont un peu délicats sur ce point, alors que par exemple, d'anciens postes radio usaient la pile jusqu'à 1 volt (le marché de la pile est assez juteux).

    suite colonne droite  

 

Générateurs vivants ou inspirés du vivant.
 Il est connu depuis longtemps que bon nombre de poissons produisent du courant électrique et donc des champs électriques généralement destinés à la détection et à la défense. Les plus doués dans le genre sont le Malpterure, un poisson chat d'un mètre de long d'Afrique tropicale et la Gymnote, une grosse anguille aplatie d'un bon mètre de long, qui parviennent respectivement à produire 350 volts et 600 volts. 600 volts qui occasionnent chez l'homme un tremblement musculaire suivi d'un engourdissement douloureux. Quant à la Torpille, elles se contente de 40 petits volts ce qui n'est déjà pas si mal pour estoubir ses proies. Ces cas ne sont exceptionnels que par la puissance développée, puisque nous produisons aussi du courant électrique, sur la base d'ions calcium, pour assurer les fonctions de notre système nerveux et musculaire, en simplifiant. Les électrodes qui excitent ça et là les muscles pour faire de la gym sans effort, ou celles qui font réagir telle zone du cerveau, sont des preuves tangibles. Comme pour nos piles et batteries, le fonctionnement du générateur de la Gymnote repose sur le déplacement d'ions  par différence de concentration (sodium dans ce cas). Quelque six mille cellules logées dans une bonne partie de sa grande queue sont affectées à cela. Déclenchées à la demande, les décharges crépitent jusqu'à plusieurs dizaines de coups à la seconde. (Encyclopédie Larousse).

En décembre 2007, un aquarium japonais a connecté les guirlandes de son sapin à un bassin contenant une anguille électrique Gymnote. Des plaques métalliques fixées aux extrémités du bassin permettaient au poisson d'alimenter les ampoules. "Le Courrier International" janvier 2010. On ne dit pas si il était fatigué .. La recherche se poursuit dans ce domaine et des chercheurs américains pensent pouvoir produire prochainement des piles pour petits appareils électroniques; genre Mp3. La micro-pile à hydrogène est aussi sur les rangs. Beaucoup de promesses, peut-être la réalité demain.

La voiture électrique. - Batterie au lithium. La Toyota Prius ancien modèle fonctionne sous 274 volts continu ! soit plus que notre secteur domestique. Et la nouvelle est sous 500 volts alternatif. L'isolation doit être délicate. Je ne pensais pas que ce serait autant. a puissance du moteur électrique de l'ancienne Toyota Prius fait 33 kW et celui de la nouvelle 50 kW. C'est un moteur d'appoint très modeste. Un moteur thermique recharge la batterie qui ne fonctionne seule qu'à bas régime et dans les périodes d'accélération. La puissance des électriques pures va d'une quarantaine de kW pour les voitures modèles courant (3 m 40), jusqu'à 120 kW pour les plus puissantes (pas forcément beaucoup plus grandes).
La voiturette  ouverte, de 2,50 mètres de long, large de 1,6 m, possède un moteur électrique de 45 Nm qui autorise une vitesse maximale de 65 km/h pour une autonomie de 80 à 100 km selon le profil de roulage. Son poids à vide est 740kg, dont un rack batterie amovible de 270 kg. La batterie est prévue pour être rapidement remplacée aux stations.

Note sur les unités. Le joule est la quantité de travail fournie par un watt en une seconde. Le watt est une puissance ; la durée pendant laquelle une puissance peut soutenir son effort donne la quantité d'énergie que peut délivrer "l'élément producteur", batterie ou moteur et son réservoir de carburant.

Pour plus d'information, avantages, inconvénients)   voirTribune 2.2



ECLAIRAGE

Gâchis d'électricité.

, credo d'AREVA ou d'EDF.

ampes à filament en tungstène (normales, krypton, halogènes..). Elles subissent une surtension à l'allumage. Pourquoi ? parce que, le filament étant froid, il offre bien moins de résistance au passage du  courant électrique. Une surintensité, très brève mais dommageable,  passe alors dans le filament. Si l'on doit faire des aller retour incessants et brefs entre deux pièces,  autant laisser allumé car cela préservera la durée de vie de l'ampoule.  Preuve de la surtension : les ampoules "claquent"  presque toujours à l'allumage.

Exemple de calcul w=vi, que l'on peut écrire i=w/v  (ampères = watts divisés par volts) soit dans ce cas, 100 watts divisés par 220 volts (environ) = 0,435 ampères
- Pour l'intensité à froid on a la loi électrique, tension (voltage en volts) = résistance électrique (en ohms) multipliée par intensité (en ampères)  soit v=ri i=v/r (ampères = volts divisée par ohms).  Il faut donc connaître la valeur de la résistance quand l'ampoule est froide (à vide, sur la table). Une ampoule de 100 watts fait environ 45 ohms à froid (j'ai un ohmmètre électronique). On a donc : intensité (ampères) = 230 divisé par 45 = 5, 1 ampères; (soit plus de dix fois plus à l'allumage avant que ça chauffe. Et voilà, CQFD (ce qu'il fallait démontrer). Le chauffage du filament est quasi immédiat, mais il y a quelques millièmes de secondes de surtension.

Ampoules halogènes : un gaz circule à l'intérieur et redépose le métal vaporisé du filament. Ce phénomène ne s'établit que si la température est élevée, soit variateur à fond, au moins au début (baisser un peu après). Si vous l'utilisez toujours réduite, le filament s'usera bien plus vite et pour avoir une lumière moins blanche, autant acheter une ampoule ordinaire en gardant le lampadaire pour les moments exceptionnels. Lumière blanche et durée de vie sont de vraies valeurs ; Mais attention à la consommation ; bien des lampes halogènes, à éclairage indirect, font 150 (rares), 300 ou 500 watts, c'est à dire la puissance d'un petit radiateur. Il vaut mieux une 150 ou 300 à fond qu'une 500 à moitié du variateur.

Elles sont très utiles en tant que spots pour animer un mur, un coin, un objet, là ou les ampoules classiques ne permettant pas un tel faisceau. Avec des 20 watts, vous pouvez en disposer plusieurs ; pour lire, 50 w peuvent être nécessaires (lampe sur pied).

- Lampes de type néon "tubes".  Les néons - petits tubes de 80 cm pour cuisines et salles de bain, grands tubes de 120 pour baies vitrées, garages etc. - sont très intéressantes en éclairage soutenu "de fond". Ils équipent tous les bureaux, sous-sols, usines, entreprises.
Chez soi, les tubes néon sont également une solution efficace et très économique pour le séjour, la cuisine et la salle de bain. Différents type de couleur de température existent. Je les utilise en éclairage indirect, cachés derrière un bandeau, un décors etc. starter, petit tube aluminium et d'un circuit antiparasite car ça émet pas mal d'ondes électromagnétiques indésirables. Un influence physiologique néfaste a été prouvée aux USA il y a quelques années (effet sur l'hyperactivité de gamins en salle de classe éclairée au néons).

- un peu vrai si elles tiennent vraiment la durée et si on ne s'en sert pas comme une ampoule ordinaire en jouant un peu trop de l'interrupteur (il n'est pas bon pour les ampoules à filament d'être allumées et éteintes sans cesse, et c'est encore pire pour les lampes à gaz ionisé de type néon). Les allumages répétés augmentent la consommation de ces lampes mais surtout les usent prématurément (auquel cas on a perdu au lieu de gagner (l'heure est à une écologie douteuse et mercantile). De plus, contrairement aux néons "grands tubes", elle peuvent demander du temps pour atteindre leur niveau d'éclairage de régime. Interdire toutes les lampes à filament et les remplacer par ces lampes à basse consommation est un non sens et un nouveau problème écologique. A moins qu'on ne laisse subsister les halogènes de petite puissance. Ou espérons d'autres sources d'éclairage "plus humaines" à venir, autres que les LED (observez ces éclairages "froids" de Noël, aux clignotements "durs" (instantanés).

Deux techniques ? Après avoir renouvelé l'une des ampoules à basse consommation, le nouveau modèle tube tortillonné s'allume instantanément et éclaire tout de suite bien, contrairement au modèle précédent ! il y a donc plusieurs modèles de fonctionnement, sans qu'on nous le dise sur la notice.  Par malheur, en la dévissant, j'ai cassé le tube tortillonné qui est très très fragile (on fait de plus en plus économique là aussi..). J'ai donc été acheter - c'est déjà moins économique - un autre modèle de puissance comparable, mais avec une ampoule de verre dépoli autour, pour éviter de renouveler ma maladresse. Eh bien, ce modèle s'allume plus lentement, éclaire progressivement. Je ne sais toujours pas comment repérer les rapides et les lentes. Sont-elles si économique qu'on le dit ?  assez curieusement, ces lampes chauffent assez fort, brûlent les mains même, alors que le tube néon classique ne fait que tiédir. Il y a donc une perte importante d'énergie par chaleur.

 

- Lampes de poche; tout ce que l'on pouvait dire pour les ampoules à filament n'a plus aucun intérêt depuis l'avènement des LED !

- Lampes LED (light emitting diodes). Ce sont des composants électroniques luminescents dont les possibilités ont été formidablement accrues depuis leur création.

Lampes torche, frontale ou de poche. On voit des chiffres commerciaux tout à fait incroyables: 50 heures, 120 heures de fonctionnement avec deux petites piles ou batteries (je mets des batteries rechargeables).

Qu'en est-il en réalitéqu'une lampe 100 heures éclairera déjà deux fois moins loin au bout de 10 heures !!  autrement dit, vous aurez au mieux un lumignon au bout des 120 heures !  (à cause de la pile, pas de l'ampoule). Elles permettront encore de trouver le trou de la serrure ou de fouiller dans un sac. C'est tout bénéfice et vous serez certain de pouvoir compter sur un bon éclairage au plus mauvais moment.

Je ne sais pas si les chiffres en milliers d'heures de fonctionnement seront respectés, ni surtout ce qu'il restera comme intensité d'éclairage le terme venu, car aucune courbe ne le précise; elles doivent bien perdre progressivement leur efficacité, comme tout composant électronique qui s'épuise peu à peu, et c'était bien le cas des ampoules qui claquaient lorsque le filament était trop usé. Mais bon, pour le moment, on teste avantageusement, à 15 euros pièce la 60 watts.

Caractéristique des ampoules LED : la rapidité d'éclairage est évidente, on peut la constater avec les clignotants, c'est instantané, sec et même violent. Aucune douceur d'allumage. La rapidité dépasse tout ce que vous pouvez imaginer car notre œil, lui, avec sa persistance lumineuse, est bien lent, très très lent. Une ampoule LED peut s'éteindre et s'allumer à la microseconde et peut-être moins, car un français vient de lui trouver une utilisation pour reproduire à distance l'image affichée sur un écran d'ordinateur éloigné de quelques mètres.

- Guirlandes électriques ; Lorsqu'il n'y a pas de transformateur (bloc noir à mettre dans la prise), chaque ampoule reçoit une fraction de la tension totale du secteur (220 volts) ; on dit qu'elles sont montées en série et il faut donc remplacer une ampoule grillée par une ampoule du même modèle de guirlande (même nombre d'ampoules, exemple 30 par ligne (fil). Il y a souvent plusieurs fils (lignes) torsadées, soit 4 fils électriques avec celui du retour à la prise). Dans ce cas, une guirlande de 90 ampoules sera constituée de trois séries de 30. 

Avec montées en parallèle ou de 12 divisé par le nombre d'ampoules - au lieu de 230 comme sans transfo - si elles sont en série. Il peut y avoir, comme précédemment, plusieurs séries en parallèle de 12 volts. Voir guirlande pour tenter de réparer, mais avec les ampoules LED, la question du dépannage ne se pose plus.


Compréhension du courant électrique Continu (CC - DC en anglais) Un générateur de courant électrique (pile, alternateur) est généralement comparé à une pompe hydraulique. En électricité, la pompe (générateur), produit une pression de particules (charges) positives à la sortie et négatives au retour . Conséquence ?  le diamètre des fils électriques doit être bien adapté à la consommation des appareils branchés (puissance en watts). Il existe couramment des fils de 0,75 - 1,5 - 2,5 mm de diamètre. Mais il faut plus (4 ou 6 mm, , pour une plaque à induction si l'on veut que le reste fonctionne aussi. Assurez vous en les achetant qu'ils correspondent à la bonne puissance sous peine de les voir chauffer !  Faute de quoi, les fusibles sautent, les fils chauffent, les prises brûlent !  on utilise le 0,75 mm que pour les lampes de faible puissance (40, 60 W chevets etc..). Le 1,5 mm est le plus courant mais li faut du 2,5 pour les prises de courant.

Pour certains, le courant électrique pourrait être une vibration des atomes qui, tout en restant sur place, mais se bousculant sous l'effet d'un champ électrique, provoqueraient pertes puis gains de particules électriquement chargées. On aurait finalement l'impression que des charges électriques circuleraient alors qu'elles n'auraient une existence éphémère que de proche en proche. Pour d'autres, il y a transport de charges, mais comme on ne sait pas les voir circuler ou non dans le conducteur, restons en là.

Résistance interne d'un générateur : l'ampoule du feu rouge de mon vélo, n'éclaire plus. En mesurant les piles, je ne trouve plus que 1,42 volts à chacune. Pour vérifier, je place une ampoule ordinaire 2,5 volts aux bornes d'une des piles : elle s'allume faiblement : il n'y a plus que 1,29 volts !  De 1,6 volts au départ à vide, elles sont tombées à 1,5 en fonctionnement, puis progressivement à 1,42 volts à vide et 1,29 en fonctionnement (on dit aussi "en charge"). Pourquoi la tension chute-t-elle ? parce que les piles ont une résistance intérieure, et que celle-ci augmente avec le service (usure). Pour vérifier le bon état d'une pile (générateur), on doit la mesurer "en charge" (avec une ampoule ou une résistance adaptée). Il y a des petits testeurs de piles dans le commerce qui permettent cela. Evoquer la résistance intérieure d'un générateur revient à dire qu'il consomme en fait partiellement sa propre énergie en chauffant.
- Le testeur de batterie de voiture utilisé par les garagistes est composé d'une grosse résistance qui impose un débit important à la batterie, laquelle doit résister un moment sans que sa tension mesurée simultanément ne s'écroule (12 volts).


Effet d'une forte et d'une faible résistance intérieure. Voici deux accumulateurs de deux types (LR6 et LR14) qui portent la même indication : 2500 milliampère/heure; quelle est leur différence ? serait-ce la quantité d'énergie stockée ou le voltage ? Non, elles ont toutes les deux 2500 Mah et le même voltage.  Ce qui les différencie, c'est la valeur de leur résistance intérieure. Une différence qui ne sera perçue que si l'accumulateur est fortement sollicité (débit en ampères important). La plus grosse, avec sa résistance intérieure plus faible, maintiendra sa tension que le modèle standard AA, délivrant plus de puissance et chauffant moins. Ce sont des accumulateurs proches de ce "gros" type - à quelques millimètre près - qui équipent les outils et appareils à batterie, tels que perceuses, aspirateurs à main etc. Et il y a encore une taille au-dessus.  Mieux vaut, dans ce cas, une 2100 mAh gros modèle (LR14, LR20) qu'une standard (AA ou LR6) de 2500 mAh.

Pour un exemple concret, Vremplacement de batteries (Avec la batterie standard AA, l'aspirateur, la perceuse etc. ne reprendront qu'un service minimum à peine satisfaisant alors que l'autre rétablira la puissance d'origine. Résultats vérifiés en situation réelle (aspir) .

 

Courant alternatif (CA - AC en anglais)


Le courant alternatif est plus facile à produire car l'alternateur est plus simple mécaniquement que la dynamo, réservée au courant continu (courant direct, DC). De plus, sa transformation est rendue possible par de doubles bobines, appelés transformateurs, qui élèvent ou abaissent à volonté les voltages ; cela avec un excellent rendement (peu de pertes), pour un coût assez bas. On élève ainsi le voltage pour le transport car un voltage élevé limite l'intensité à puissance égale (voir ci-dessus, puissance électrique), et par le fait, permet de réduire le diamètre des fils de cuivre sur les lignes. 
Courant alternatif : Sur le schéma de droite, le courant vient du trou A de la  prise et va vers B, puis vient du trou B et va vers
A. Et cela, 50 fois par seconde.

le courant alternatif est représenté sous forme d'un sinusoïde, c'est çà dire une courbe qui ondule comme un serpent ou les spires d'un ressort. Pour autant, le courant électrique ne saute pas vers le haut ou le bas comme on pourrait le croire, mais il change en réalité de sens 50 fois par seconde en Europe, 60 fois aux USA.  Comme il change constamment, il prend différentes valeurs entre ces instants et on doit définir un courant moyen pour étudier ses effets.  En France, on parle de 220 volts pour une valeur théorique réelle de 227 volts, signifiant que ses effets sont comparables à un courant continu de 220 volts (227). 

Si le "220" volt est une moyenne, cela signifie que la tension (voltage) à la prise de courant passe par des valeurs plus faibles et bien plus fortes : cette valeur maximum "fait une pointe" 50 fois par seconde à 220 Volts x 1,414 = 311 volts (ou 227x1,1414). De même qu'elle passe aussi par zéro.  voir Physique 1 "sinusoïdes". On peut comparer le courant électrique alternatif à la marée de l'océan : la mer arrive lentement au début, puis de plus en plus vite, puis ralentit à nouveau pour atteindre son maximum : elle repart lentement, puis de plus en plus vite et ralentit vers la marée basse finale. Pour simplifier un mouvement qui est en réalité un accéléré-ralentissement progressif, les marins ont découpé la marée montante et descendante trois tranches pour schématiser que pendant deux heures, elle monte - ou descend lentement - puis deux fois plus vite (en moyenne) pour les deux heures suivantes, enfin, à la vitesse moyenne des deux premières heures pour finir (marée haute ou basse).

Avec le courant alternatif, deux autres effets viennent s'ajouter à la résistance : la capacité et la self (réluctance). La capacité est un stockage momentané de courant qui se traduit par une fuite entre les conducteurs et la self est une résistance supplémentaire à l'établissement du courant. Une résistance de 5 Ohms en courant continu (pile) peut devenir 150 Ohms en courant alternatif si cette résistance est par exemple faite d'un fil de cuivre fin bobiné autour d'un noyau magnétique (fer ou ferrite). La ferrite est du fer en poudre compactée pour une meilleure absorption du magnétisme).


La self apporte un retard à l'établissement et à la coupure, car le courant a tendance à se maintenir. Elle produit un extra courant de rupture si on lui coupe vivement son courant électrique.
Si on le réduit progressivement, avant de changer de sens, comme c'est le cas en courant alternatif, la self a simplement tendance à prolonger le courant qui a été établi. On dit qu'elle introduit un
retard (décalage, déphasage) du courant (intensité) dans le circuit par rapport aux moments d'établissement et de suppression de la tension.

Effets indésirables de la self. Ils se manifestent partout où l'on coupe le courant dans un circuit, car tout courant établi n'aime pas être coupé, c'est la vie !  le phénomène est analogue au coup de bélier de l'eau dans les canalisations, susceptible de faire éclater des tuyaux, quand on ferme brusquement une arrivé d'eau (la masse d'eau poursuit sur sa lancée par inertie). En électricité, c'est une étincelle qui "éclate" pour prolonger le courant du circuit coupé, risquant de mettre le feu dans le panneau de fusibles ou de disjoncteurs, ou d'endommager les contacts des interrupteurs relais et contacteurs. Les gros coupe circuits d'usines, EDF, etc. ont tous une "cheminée" (conduit aménagé dans le coupe circuit), qui souffle l'arc électrique par  l'effet de chaleur produite. Dans les moteurs à courant continu cet effet "pique" les collecteurs. Rien qu'à la maison, bien des mauvais contacts peuvent être attribués aux micro étincelles.

Les condensateurs stockent provisoirement du courant pour le restituer après. Il ne s'agit que de quantités

Intérêt du courant alternatif.  Sa tension est facilement transformable, ce qui est intéressant pour le transport de l'électricité, car avec des tensions élevées, jusqu'à 400.000 volts, on réduit le poids des fils (moins d'intensité, diamètre de fils plus faiblesP (watts) = U (volts) x I (ampères) x C (coefficient de déphasage). On place des transformateurs intermédiaires, puis de distribution pour finalement alimenter les foyers en 227 volts. Ces transformateurs étaient refroidis par du pyralène, une huile désormais interdite.

Intérêt du courant continu. Il est indispensable à toute l'électronique et l'optoélectronique (dont les éclairages à diode), aux traitements par bains électrolytiques (recouvrement de surface tel que galvanisation, argenture dorure etc), à l'électro aimantation et ce ne sont que quelques exemples d'usage courant. Une surprise de taille est en cours, issue du progrès de la technique, qui touche le transport de l'électricité, un transport dont je viens de dire qu'il se pratiquait en courant alternatif ! Il s'agit de transporter une très importante énergie (*) Source: Sciences et Avenir, 02 2013/

Ajoutons que ce retour au courant continu de transport concernerait aussi les liaisons off shore avec les éoliennes marines, ces liaisons étant à elles seules une partie du problème.

(*)


Le stockage d'énergie demeure un problème car on ne sait pas stocker du courant électrique en grande quantité. Seul "Geo Trouvetout" sait le faire en captant l'énergie des éclairs !    Le seul moyen actuellement connu est d'utiliser des batteries, mais même dans un central téléphonique, pour prendre un exemple, cela reste assez limité.

On peut toutefois stocker cette énergie électrique sous une autre forme, par exemple en pompant de l'eau dans un réservoir, ou selon un projet d'éoliennes flottantes au grand large, en produisant de l'hydrogène (combustible pour moteurs en cours de développement).

 

Electricité statique, champs électriques

Le scotch fantasque (qui ne se place pas ou l'on souhaite) ; le ruban adhésif scotch est "électrisé" quand on le déroule car il perd des particules (électrons) de part et d'autre par arrachage ; de ce fait, il n'a qu'une envie, vite retrouver les particules qui manquent à son équilibre et pour ça a tendance à "flipper" et se coller n'importe où, d'où son difficile contrôle (le renforcement des pliures d'une carte routière est difficile, il est toujours à côté). On peut améliorer sensiblement avec mon bricolage, pour de petites longueurs, mais ça demande tout de même un peu d'habilité ; voir "recettes de bricolage".                      

L'étincelle (de la poignée de porte - maison, voiture, maillot de corps :
c'est l'électricité statique accumulée par frottement (vêtements, pieds sur la moquette, pneus sur le sol, etc.) qui est responsable de ces désagréables manifestations, lesquelles peuvent se produire entre deux lèvres au moment du bisous si une personne tient la portière, la voiture se déchargeant au sol par la voie des deux personnes !

Électrisation des nuages. Il serait désormais admis que les éclairs nuages - sol ou dans le nuage lui-même seraient imputables aux rayons cosmiques qui ioniseraient (*) fortement le sommet des nuages. (*) ionisation ; perte d'un électron dans un atome suite à un choc.

La foudre, dont la vraie décharge monte vers le ciel... après qu'une progression de petites décharges, appelées précurseurs, ait en plusieurs paliers fait la liaison dans le sens nuage-terre. Le tout ne dure que quelques dixièmes de millièmes de secondes (millisecondes). La foudre permet de comprendre aussi les problèmes d'énergie et de puissance, ce qui est toujours un peu délicat : ah, si l'on pouvait récupérer la foudre devait penser Benjamin Franklin, tout comme Géo Trouvetout ! oui, mais d'abord on ne sait pas la stocker (sauf Géo Trouvetout) et ensuite, elle ne représente pas beaucoup d'énergie : l'ensemble des éclairs récupérés en France ne dépasserait pas 20 Méga watts (20 millions de watts). Une centrale nucléaire produit 1000 mégawatts). Et avec tous les fils et installations, vous voyez qu'il ne vaut mieux ne pas y penser. Par contre, la puissance est considérable. Comment expliquer cela ? eh bien, seule la durée intervient.

Le berger. Lors d'une transhumance, un berger a rappelé que par précaution, il emportait avec lui un parapluie avec manche de bois. On sait que la foudre peut frapper selon le chemin le plus court ou le moins résistant à son passage. C'est pourquoi, à découvert sous la pluie, mieux vaut ne pas porter un paratonnerre avec soi, c'est à dire une pointe métallique tenue dans les mains comme un parapluie à manche métallique.
Le corps humain, avec "son eau salée" - c'est une simplification - permet un bon passage du courant et même un enfant peut être frappé sur un terrain (selon des cas réels); il faudrait donc se coucher ! 
Une de nos connaissances a été frappée et brûlée en ouvrant la porte du frigo !  par une incroyable chance, elle n'a rien eu de plus grave : car le choc peut tuer ou détruire des nerfs en profondeur, avec gangrène (il faut couper si l'on peut). On dit d'éviter de s'abriter sous un arbre isolé. Il est vrai que les arbres sont fréquemment touchés.

Une petite énergie dépensée en un temps très court donne une forte puissance.
Cette forte puissance qui ne dure pas ne permet pas faire de grands travaux avec. C'est l'exemple de la tornade (des vents à plus de 500 km heure), le briseur de briques ou de planches (le coup est si sec (vif) que le matériau cède car les molécules n'ont pas le temps de s'organiser pour résister (est-il vivant ? ça c'est la vrai question). L'éclair lui agit en quelques millionièmes de seconde pendant lesquelles il casse tout.

Champs électriques, éclairs. Par temps d'orage, sous un cumulo-nimbus traînant sa base à 2 ou 3 km du sol, le champ électrique peut atteindre des dizaines de millions de volts, à raison de 12.000 à 20.000 volts par mètre d'atmosphère. Pas étonnant qu'on se sente électrisé !  Ces tensions augmentent encore jusqu'au million de volts par mètre, valeur qui ionise l'air (les atomes perdent leurs électrons (négatifs) qui deviennent libres, l'atome devenant de ce fait positif. A ce moment les décharges (éclairs) se déclenchent, produisant pendant quelques millièmes de seconde seulement, des courants de plusieurs dizaines de milliers d'Ampères et exceptionnellement, 100.000 Ampères. La puissance peut être alors très destructrice.

Un champ électrique existe naturellement dans l'atmosphère par beau temps et nous baignons dedans à raison d'une centaine de volts par mètre de hauteur (tant pis pour les grands !). Sous la douche, le jet d'eau en crée un de 800 volts/ mètre !  ce qui attire le rideau car on est électrisé. Les décharges que l'on voit se ramifier et sautiller dans des boules transparentes, les feux de st Elme, aigrettes, halos lumineux, lueurs sont dus à des champs électriques élevés (sous la tension, l'air est "ionisé", c'est à dire que les atomes se séparent partiellement de leurs électrons qu'ils ne peuvent plus retenir, tandis que d'autres électrons se rapprochent du noyau, émettant des lueurs.

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