André Stemper

Composants électriques

Sans le courant électrique, notre vie moderne serait beaucoup plus compliquée. Une vie sans ordinateur et sans portable, de nombreuses personnes ne peuvent même plus se l'imaginer. Mais le courant, l'électricité, la tension, un circuit ..., c'est quoi exactement ? Vous l'apprendrez en lisant cet extrait de la brochure « Composants électroniques ».

L'électricité ? Qu'est-ce que c'est ?

Le nom « électricité » vient du mot grec « elektron », qui désigne l'ambre. Dès l'Antiquité, on avait constaté que de l'ambre frotté (par exemple avec un bout de cuir) exerçait une force sur les corps.
Ce phénomène ne se produit pas seulement avec l'ambre, et peut être observé dans la vie quotidienne. Si l'on frotte un ballon de baudruche sur un pull-over et si on le place ensuite à proximité de rognures de papier, celles-ci seront attirées par le ballon. Si l'on quitte un pull de laine dans l'obscurité totale, on peut voir de petites étincelles. Ça aussi, c'est de l'électricité.
La manifestation naturelle la plus spectaculaire de l'électricité est toutefois la foudre. Des tensions élevées, générées par électricité de frottement dans les nuages de l'orage, se déchargent en elle.

D'où vient l'électricité ?

À la lecture des exemples ci-dessus, on pourrait croire qu'il y a là « création » d'électricité. Mais l'électricité est bien plutôt une forme d'énergie. Elle ne peut que se transformer d'une forme d'énergie en une autre.

L'énergie n'est pas produite ou consommée, elle est toujours transformée en d'autres formes d'énergie.

Ces autres formes d'énergie sont par exemple l'énergie thermique, l'énergie chimique ou l'énergie mécanique. Dans tous les exemples cités ci-dessus, de l'énergie mécanique (frottement) s'est transformée en électricité.

Dans le premier exemple, on a exercé un frottement sur le ballon de baudruche avec de l'énergie mécanique. En raison du frottement, de très petits vecteurs d'électricité (appelés « électrons ») se sont détachés du pull-over et se sont accumulés sur le ballon de baudruche.

Les électrons se repoussent mutuellement, mais sont attirés par les noyaux d'atomes (voir boîte info). (Un peu comme les pôles d'un aimant).

Les électrons essaient ensuite de quitter leur regroupement sur le ballon par le chemin le plus rapide pour gagner un noyau d'atome auquel il manque des électrons, afin de reconstituer ainsi un atome complet.

Qu'est-ce que la tension ?

Plus d'électrons libres se sont accumulés sur le ballon, plus ils sont poussés à quitter ce ballon. Il en résulte une sorte de pression. C'est cette pression que l'on nomme la tension.
On peut se représenter la tension comme une grandeur qui décrit dans quelle mesure les électrons sont poussés à rejoindre un noyau d'atome.

Qu'est-ce que le courant ?

On peut se représenter les électrons dans le métal comme de l'eau dans une canalisation. S'il n'y a pas de pression dans une canalisation d'eau, l'eau stagne. C'est seulement avec la pression qu'il se produit un flux d'eau.

De la même manière, il se produit également dans un circuit électrique fermé, en raison de la tension, un flux d'électrons que l'on nomme le courant.
On peut se représenter le courant comme une grandeur qui décrit combien d'électrons circulent ensemble à travers un système (par exemple un fil).

Et maintenant, qu'est-ce qu'un circuit électronique ?

Un circuit électronique est une méthode grâce à laquelle l'énergie électrique est amenée à réaliser un certain travail pour nous. Le circuit dirige pour ce faire le flux des électrons.

Pour qu'un circuit fonctionne, il faut un endroit en excédent d'électrons et un endroit en excédent de noyaux d'atomes (par exemple une pile). Dans le circuit, les électrons essaient d'atteindre les noyaux d'atomes.

Le circuit doit alors être conçu de telle sorte que les électrons accomplissent ainsi un travail qui nous est utile.

Les composants électroniques, qu'est-ce que c'est ?

Afin de ne pas toujours avoir à recommencer depuis le début lors de l'élaboration d'un circuit, plusieurs composants dont on a toujours besoin dans les circuits sont préfabriqués.
Chaque type de composant exerce une certaine influence sur les électrons qui le traversent.

Du fait que les composants sont déjà prêts, les circuits peuvent être élaborés beaucoup plus rapidement. Aujourd'hui, la plupart des circuits ne sont plus réalisés qu'à partir de composants préfabriqués.

Le manuel complet « Composants électroniques » d'André Stemper, avec de nombreuses instructions d'expérimentation :

 

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Auteur : André Stemper (Université du Luxembourg)

Infobox

Ambre

L'ambre (en grec « elektron ») est de la résine de conifères fossilisée depuis longtemps. Les composants légers et volatils, les huiles végétales, se sont ensuite évaporés, et la résine s'est durcie. Dans l'Antiquité, l'ambre était considéré comme un bijou en raison de sa matière particulière et de sa couleur (du jaune miel au brun noir en passant par le roux).

Modèle atomique de Bohr

La matière (tout ce qui nous entoure) est constituée d'atomes. On peut s'imaginer à titre de modèle (voir photo) un atome comme un noyau chargé positivement (rouge), autour duquel « volent » un ou plusieurs électrons (bleus). Dans le cas normal, les atomes sont électriquement neutres (non chargés). Mais si l'on enlève un électron à un atome, cet atome (appelé ion) aura une charge positive. C'est ce qui se passe par exemple dans une pile !

La tension

La tension dans un système (par exemple une pile) est indiquée en volts (abréviation V).
Exemples :

  • Le ballon de baudruche que nous avons frotté était aussi chargé à plusieurs milliers de volts !!! L'énergie totale sur le ballon est cependant très faible, et donc inoffensive.
  • Pile 1,2 - 24 V
  • Prise 230 V
  • Foudre plusieurs centaines de millions de volts
Le courant

Le courant qui circule à travers un système (par exemple une ampoule) est indiqué en ampères (abréviation A).
Exemp

les :
• Le courant lors d'un coup de foudre est énorme (environ 30 000 ampères).
• Ampoule de 60 W (à 230 V) : 0,27 A
• LED : 0,015-0,050 A

Comparaison électricité - eau

On peut comprendre de nombreux circuits électroniques de manière intuitive en imaginant de l'eau à la place de l'électricité.

Eau Électricité Pression Tension Flux Courant

 

Contact

André Stemper
andre.stemper_at_uni.lu

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