Il est impensable de réaliser un gâteau sans farine ou de construire une voiture conventionnelle sans son moteur, n'est-ce pas ? Effectivement, tout comme la farine est essentielle en pâtisserie, le moteur est indispensable à la voiture et serait sans doute l'un des premiers éléments cités s'il fallait en lister les composants. Pourtant, dans notre langage quotidien, nous évoquons souvent le courant électrique sans accorder de l'attention à son alter ego, la tension électrique. On entend fréquemment des avertissements tels que "Attention au courant !!" ou encore "le courant va te frapper!! ". Mais les mises en garde comme "Attention, ne touchez pas à ce fil électrique, il est sous tension !" ou "Pas de panique, cette tension électrique n'est pas suffisante pour créer un danger électrique" sont nettement moins courantes, bien qu'elles soient tout aussi pertinentes.
Les deux derniers exemples vous semble peu-etre bizarres pas vrai? Pourtant, sans tension électrique suffisante, pas de courant électrique dangereux pour l' etre humain! Bon c' est aussi vrai que mes exemples sont un peu ploucs, mais vous avez compris l'idée.
La raison pour laquelle nous n'avons pas peur d'une décharge de courant électrique lorsque nous touchons une pile électrique, mais que nous éloignons nos doigts systématiquement d'une prise électrique est directement liée à la tension électrique présente dans ces deux dispositifs.
Le concept de tension électrique semble peu intuitif car il est plus abstrait que celui du courant électrique. En effet, alors que le courant électrique est physiquement perceptible à travers le mouvement ordonné d'électrons, bien que ces derniers ne soient pas visible à l'oeil nu, la tension électrique, quant à elle, n'est pas un phénomène physique observable directement. C'est plus la cause des mouvements des électrons qui a été conventionnellement appelé "tension électrique".
Voyons cela de plus près dans cet article!
Au niveau atomique, les protons, les neutrons, les électrons et même l'atome ont des propriétés fondamentales et intangibles que mère nature a donné. Cette propriété est la charge électrique. Il a été constaté que lorsque deux éléments ont une meme charge électrique, ils se repoussent naturellement. Deux éléments de charges électriques contraires s'attirent plutôt et certains éléments n'interagissent pas du tout entre eux.
On différencie alors trois groupes de charges électriques:
Les charges électriques positives
Les charges électriques négatives
les charges électriques neutres
On le voit plus explicitement dans le vidéo suivante!
Supposons deux ballons étant deux éléments avec des charges électriques différentes, la couleur grise représentant des charges neutres, les deux éléments n'interagissent pas entre eux. La couleur rouge représentant les charges électriques positives et la couleur bleu les charges électriques négatives. On remarque que La force d'attraction entre les deux éléments est proportionnelle à la quantité de charges électriques présente dans chaque élément. Un accent est mis ici sur la force d'attraction, car elle jouera un rôle important plus tard dans la compréhension de la tension électrique.
Le terme élément abordé plus haut fait référence à toute particule, allant des particules subatomiques comme le protons, électrons, etc.. jusqu'aux molécules qui sont des ensembles d'atomes. Tout élément a une charge électrique définie !
Source: https://javalab.org/
Il est interessant de mentionner que la désignation du signe de la charge électriques est juste une convention avec un soucis de référence commune pour les scientifiques qui travaillent dans le domaine. On aurait pu différencier les differentes charges électriques en parlant de charges électriques montantes, descendantes et horizontales à la place de positives, négatives et neutres 😄.
Maintenant qu'il est clair que nous avons des interactions entres des éléments avec des charges électriques différentes, intéressons nous sur la provenance de charges électriques positives et négatives, car jusqu'ici, nous n'avons parlé que des atomes et des matériaux dans le premier article, qui sont des éléments à charges électriques neutres.
nous avons vu que dans un atome, seul les électrons de la dernière couche électronique ont la capacité de se déplacer sur la dernière couche électronique d un autre atome selon le principe de la liaison chimique.
Analysons à présent dans la video ci dessous!
Nous n'entrerons pas dans l'explication détaillée du phénomène observé, ceci est réservé pour un autre article. Nous observons donc que pour une raison donnée le sodium (Na) va perdre un électron de sa dernière couche. Alors à cet instant, il ne peut plus s'appeler Sodium et ne peut non plus avoir la formule chimique (Na), car il n'est plus un atome. Pour rappel, un atome est un élément chimique avec le même nombre de protons et d'électrons. Dans ce cas précis donc, avec sa perte d' un électron, cet élément n'aura plus que 10 électrons pour 11 protons. Il a donc ses charges électriques positives supérieures à ses charges électriques négatives. Ceci est donc la création d'un ion, notamment l'ion sodium et on dira que cet ion est chargé positivement, car plus de charges positives que de charges negatives.
Pareil pour l' atome de chlore qui reçoit un électron de plus sur sa dernière couche électronique et a maintenant dans son bilan 18 électrons pour 17 protons. On dira que cet ion, l'ion chloride est chargé négativement.
Source: https://javalab.org/
Faisons un récapitulatif de ce que nous avons appris jusqu'ici:
Les atomes ont des charges électriques neutres et n' interagissent pas entre eux.
Les ions sont des atomes avec un déficit ou un excédent d' électrons. Les ions avec des charges électriques positives ont un déficit d' électrons et les ions avec des charges électriques négatives ont un excédent d'électrons.
Les ions de charges électriques contraires se repoussent et ceux de même charges électriques s'attirent.
La force d attraction ou de répulsions entre deux ions est proportionnelle au nombre d' électrons en plus ou en moins sur l'un des ions.
Maintenant que nous avons les prérequis nécessaires, nous pouvons passer au vif du sujet (OUI ENFIN !!😁😁)
Maintenant que nous savons comment se forment les ions chargés négativement, introduisons un nouveau concept, celui du potentiel électrique!
Chaque ion chargé négativement ressent un "besoin permanent" d aller vers un ion positif pour former un composé chimiquement stable. L'intensité de cette attraction augmente avec le nombre d'électrons en excès sur l'ion négatif. Eh bien! Ce phénomène est décrit par un concept appelé 'potentiel électrique'. Ainsi, Le Potential électrique ne représente que l'intensité du besoin urgent d'un ion chargée négativement à libérer ses surplus d'électrons pour revenir à son état stable, le plus souvent en se combinant avec une charge opposée. Et c'est tout 😁😁!
Vous l'aurez donc compris, chaque ion, positif ou négatif, a son "besoin urgent" de récupérer ou de libérer ses électrons perdus ou gagnés et donc chaque ion a un potentiel électrique. Si on met deux ions de charges contraires cote à cote, leur "besoin urgent" mutuelle s'additionnera --> Traduction: Leur potentiel électrique s'additionnera pour donner ce qu'on appelle conventionnellement la tension électrique.
La tension électrique n'est rien d'autre que la force électrique résultante qui se crée lorsque deux ions de charges contraires sont mis cote à cote et s attirent l' un vers l'autre.
L'illustration ci-dessous montre bien l'impact de la tension électrique sur le mouvement des électrons dans un matériau conducteur.
Dans un premier temps, nous avons un matériau conducteur et observons que les électrons à l'intérieur se déplacent de manière aléatoire entre les differentes couches électroniques externes des atomes, nous ne parlons pas encore de courant électrique car le mouvement des électrons n' est pas unidirectionnelle.
Suite à l' ajout d'une pile électrique, nous constatons la création d' un courant électrique caractérisé par un mouvement unidirectionnelle des électrons.
Expliquons exactement ce qui se passe:
la pile électrique est composée d' un "coté positif" qui représente plusieurs ions chargés positivement et d'un "coté négatif" qui représente plusieurs ions chargés négativement. Comme nous l' avons expliqué, les ions négatifs ont le besoin de libérer leur surplus d électrons vers les ions positifs qui sont en excédents. La tension électrique, résultante de la somme des potentiels électriques des ions chargés positivement et négativement, produit la force nécessaire pour pousser les électrons de la borne négative vers la borne positive.
Cette force électrique s'accroit avec la tension électrique présente. c'est ce qu'on constante lorsqu'on plusieurs piles électriques sont ajoutés au fur et à mesure, le mouvement des électrons est plus rapide.
Source: https://javalab.org/
En conclusion:
Bien que n'étant ni visible, ni palpable, la tension électrique est ce qui pousse les électrons à se déplacer d'un point à un autre et donc est indispensable à la formation du courant électrique.
Dans le prochain article, on introduira un autre concept tout aussi abstrait que la tension électrique, mais qui définit et explique tout mouvement observable, l'énergie !
Salut amis de la science !