Tu as certainement une idée sur les dangers de l'électricité et les fatalités qu'elle peut causer. En fait, l'étude des phénomènes électriques est déprimée de sens vis-à-vis la technologie et l'utilisation ménagère, s'il n'y a pas d'étude approfondie tenant des risques auxquels nous sommes confrontés quand on traite de l'électricité, des lignes de hautes tensions aux appareils électroménagers simples.
Tu entends souvent parler des mots "électrisation", dans ce résumé de cours, nous garantirons que tu éclaires ton idée, en passant en revue sur :
- l'électrisation par contact, par frottement, et par influence ;
- la résistance électrique du corps humain ;
- la conductivité électrique du corps humain ;
- le transfert de l'énergie électrique par le corps humain ;
Es-tu prêt pour cette nouvelle leçon ? Allons-y !
Charge électrique : Loi de Coulomb
La loi de Coulomb est une loi de physique qui stipule que lorsque deux ou plusieurs objets chargés électriquement sont suffisamment proches les uns des autres, ils exercent une force l'un sur l'autre. L'ampleur de cette force est proportionnelle à la charge des particules et inversement proportionnelle au carré de la distance entre les particules étudiées.
C'est ainsi que l'on écrit la loi de Coulomb de façon mathématique : $$ F=K\frac{\vert{q_1.q_2}\vert}{r^2} $$
- \( F \) est l'amplitude de la force entre les charges ;
- \( q_1 \) et \( q_2 \) sont les charges mesurées en Coulombs;
- \( r \) est la distance entre les charges mesurées en mètres.
Cette force s'appelle la force électrostatique, et c'est une quantité vectorielle mesurée en Newtons.
Champ électrique
Le champ électrique le plus simple est celui d'une seule particule chargée. En utilisant la loi de Coulomb, il est possible de calculer la force entre deux particules \( q \) et \( q_i \) à une distance \( r \) , \( r_i \) étant le vecteur entre les particules.
Ici, \( \varepsilon _{0} \) est une constante appelée permittivité du vide ou permittivité diélectrique absolue, dont la valeur est d'environ \( 8,85 \times 10^{-12 }F/m \) . Si nous introduisons cette équation dans l'expression du champ et que nous fixons la charge (à laquelle le champ est appliqué) à une intensité de \( 1 \) , nous obtenons le champ de la particule \( q_i \) :
$$ \vec{F} = \frac{1}{4 \pi \varepsilon_0}\frac{qq_i}{r^2} r_i $$
Ici, \( k \) est la partie constante de la formule, y compris la permittivité. Sa valeur est de \( 9 \times 10^{9} kg⋅m^{3}⋅s^{-2}⋅C^{-2} \) .
Dipôle électrique
Un dipôle électrique est un système composé de deux particules de même taille et de charges opposées, séparées par une petite distance.
Comme les charges sont de magnitude égale, les signes opposés s'annulent, ce qui fait que la charge totale du système est nulle. Le point médian entre les deux charges est appelé centre du dipôle.
C'est quoi une conductivité électrique ?
La conductivité électrique est la mesure de la quantité de courant électrique qu'un matériau peut transporter ou de sa capacité à transporter un courant.
La conductivité électrique est également connue sous le nom de conductance spécifique. La conductivité est une propriété intrinsèque d'un matériau.
Résistance
La résistance est l'opposition au passage du courant, qui varie en fonction de chaque matériau. L'unité SI de résistance est l'ohm \( \Omega \) .
Une relation importante entre le potentiel électrique, le courant et la résistance est définie comme suit : pour un potentiel électrique fixe, le courant et la résistance sont inversement proportionnels l'un à l'autre.
Leur relation s'exprime comme suit :
$$ R = \frac{V}{I} $$
Qu'est-ce que l'électrisation ?
L'électrisation est l'incident causé par une décharge électrique après le passage du courant à travers le corps humain. Ce passage peut induire des blessures et des brûlures dont la sévérité varie avec l'intensité du courant traversant le corps.
L'électrisation se limite aux blessures et brûlures. L'électrocution, quant à elle, cause le décès de la personne électrocutée. C'est une décharge électrique si forte (de tension ou intensité très élevée) qu'elle cause la mort.
Types d'électrisations
Il existe trois types d'électrisations :
Qu'est-ce que l'électrisation par influence ?
L'électrisation par influence ou l'électrisation électrostatique résulte du fait d'approcher une substance électriquement chargée d'une autre qui est initialement neutre. Il y aura déplacement des charges dans la substance neutre pour créer un dipôle momentané, et donc un moment dipolaire non nul.
Le moment dipolaire est un vecteur renseignant sur le couple de force dû à l'interaction coulombienne influençant deux charges de signes opposés suffisamment proches mises dans un champ électrique.
Le moment dipolaire est donné par : \[\vec{p} = q\vec{d}\] Où q est la valeur absolue de la charge de chacune des particules et \(d\) est la distance les séparant.
Qu'est-ce que l'électrisation par frottement ?
L'électrisation par frottement, comme son nom l'indique, s'atteint après frottement de deux substances l'une contre l'autre. Une substance gagne ou perd des charges après frottement, ce qui rend la substance initialement neutre, chargée.
Qu'est-ce que l'électrisation par contact ?
L'électrisation par contact, comme son nom l'indique, s'atteint après contact de deux substances, l'une chargée et l'autre neutre. Suite au contact, il y aura migration des charges de la substance chargée à la substance neutre qui devient électrisée par contact.
Matériaux conducteurs et isolants
De nombreux matériaux peuvent être décrits comme des conducteurs ou des isolants électriques.
Un conducteur permet aux électrons de se déplacer facilement à travers lui, alors que les isolants ne le permettent pas.
La plupart des métaux sont de bons conducteurs ; le meilleur conducteur électrique parmi les matériaux utilisés couramment à température ambiante est l'argent. D'autres métaux à forte conductivité sont le cuivre et l'aluminium. Des exemples de matériaux isolants (avec une faible conductivité) sont le verre, le bois, le papier, le plastique et la plupart des gaz. Les isolants sont parfois appelés diélectriques.
Énergie électrique
L'énergie électrique est l'énergie acquise par les charges électriques sous l'influence d'une force électrique. L'énergie électrique est associée à l'énergie cinétique des charges.
Lorsqu'une différence de potentiel est présente entre deux points d'un circuit électrique, les charges du circuit subissent une force électrique. Sous l'influence de cette force, les charges accélèrent et acquièrent ainsi de l'énergie cinétique. Nous pouvons donc considérer l'énergie électrique comme une forme d'énergie cinétique gagnée par les charges électriques lorsqu'elles subissent une force électrique.
Polarisation électrique
Les molécules d'eau ont la particularité de former des dipôles. Cela signifie qu'un côté de la molécule d'eau est chargé positivement et l'autre négativement. Les parties positives et négatives sont toutefois fermement liées entre elles et s'équilibrent mutuellement. Il n'y a donc pas de porteurs de charge libres, comme auparavant les électrons dans le conducteur.
Au début, tu peux t'imaginer que les molécules d'eau ne sont pas orientées. Maintenant, tu amènes à nouveau une forte charge négative à proximité du tube. C'est alors que se produit l'influence. Mais dans ce cas, l'eau ne possède pas de porteurs de charge libres, ce qui fait qu'il n'y a pas de séparation des charges. Un autre phénomène se produit.
En raison de l'attraction ou de la répulsion électrique, les molécules d'eau s'orientent en fonction de la charge proche. Les molécules pointent donc à peu près toutes dans la même direction, mais ne bougent pas. C'est ce que tu appelles la polarisation.
Lors de la polarisation, les particules chargées à l'intérieur d'un non-conducteur sont orientées de manière uniforme sous l'effet d'un champ électrique extérieur.
Par rapport au cas normal de l'influence électrique, la polarisation n'entraîne pas de séparation ou de déplacement des charges, mais seulement un alignement des particules et structures chargées.
Étant donné que tous les matériaux - et donc les non-conducteurs - sont composés de noyaux atomiques chargés positivement et d'électrons chargés négativement, la polarisation peut influencer chaque substance. Cette influence dépend fortement de la substance et est négligée dans presque toutes les situations quotidiennes.
Pour les substances composées de dipôles - comme l'eau - l'effet de la polarisation peut devenir si fort que les substances sont attirées en raison de la force coulombienne. C'est un peu comme lorsqu'un aimant rencontre un matériau magnétisable, l'oriente et l'attire.
Électrisation - Points clés
- La loi de Coulomb est une loi de physique qui stipule que lorsque deux ou plusieurs objets chargés électriquement sont suffisamment proches les uns des autres, ils exercent une force l'un sur l'autre.
- On écrit la loi de Coulomb de façon mathématique : \( F=K\frac{\vert{q_1.q_2}\vert}{r^2} \)
- Le champ électrique le plus simple est celui d'une seule particule chargée.
- Un dipôle électrique est un système composé de deux particules de même taille et de charges opposées, séparées par une petite distance.
- La conductivité électrique est la mesure de la quantité de courant électrique qu'un matériau peut transporter ou de sa capacité à transporter un courant.
- La résistance est l'opposition au passage du courant, qui varie en fonction de chaque matériau.
- L'électrisation est l'incident causé par une décharge électrique après le passage du courant à travers le corps humain.
- L'électrisation par influence résulte du fait d'approcher une substance électriquement chargée d'une autre qui est initialement neutre.
- L'électrisation par frottement s'atteint après frottement de deux substances l'une contre l'autre.
- L'électrisation par contact s'atteint après contact de deux substances, l'une chargée et l'autre neutre.
- Un conducteur permet aux électrons de se déplacer facilement à travers lui, alors que les isolants ne le permettent pas.
- L'énergie électrique est l'énergie acquise par les charges électriques sous l'influence d'une force électrique.
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