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Énergie électrique

Énergie électrique

En général, on définit l'énergie électrique ou l'électricité comme la forme d'énergie résultant de l'existence d'une différence de potentiel entre deux points. Lorsque ces deux points sont mis en contact par un conducteur électrique, on obtient un courant électrique.

En physique, l'énergie potentielle électrique, également appelée énergie potentielle électrostatique, est l'énergie potentielle du champ électrostatique. C'est une énergie qui a une distribution de charge électrique et qui est liée à la force exercée par le champ généré par la distribution elle-même. Avec l'énergie magnétique, l'énergie potentielle électrique constitue l'énergie du champ électromagnétique.

L'énergie potentielle électrostatique peut être définie comme le travail effectué pour créer une distribution de charge à partir d'une configuration initiale dans laquelle chaque composant de la distribution n'interagit pas avec les autres. Par exemple, pour un système de charges discret, cela coïncide avec le travail effectué pour amener des charges individuelles d'une position où elles n'ont aucun potentiel électrique à leur élimination finale. L'énergie potentielle électrostatique peut également être définie à partir du champ électrostatique généré par la distribution elle-même et, dans ce cas, son expression est indépendante de la source du champ.

C'est un montant qui peut être négatif ou positif, selon que le travail effectué pour l'adapter à la configuration supposée est positif ou négatif. Deux charges interactives du même signe ont une énergie positive, car le travail effectué pour les rapprocher doit vaincre leur répulsion, tandis que, pour la même raison, deux charges du signe opposé ont une énergie négative.

Aspects physiques de l'énergie électrique

Du point de vue physique, l'énergie électrique est constituée de charges électriques négatives (électrons) qui traversent le conducteur électrique, généralement métallique, en raison de la différence de potentiel entre ses extrémités. Les conducteurs d'origine métallique sont généralement utilisés parce qu'ils ont plus d'électrons libres.

Les charges électriques qui traversent le conducteur font partie des atomes de ses propres substances.

En physique, le potentiel d'énergie électrique est également appelé énergie potentielle électrostatique.

À un niveau de physique légèrement plus technique, le potentiel d'énergie électrique est l'énergie potentielle du champ électrostatique. C'est l'énergie qui a une distribution de charge électrique qui est liée à la force exercée par le champ généré de la même distribution. Avec l'énergie magnétique, le potentiel d'énergie électrique est l'énergie du champ électromagnétique.

L'énergie potentielle électrostatique peut être définie comme le travail effectué pour créer une distribution de charge à partir d'une configuration initiale dans laquelle chaque composant de la distribution n'interagit pas avec l'autre. L'énergie potentielle électrostatique peut également être définie à partir du champ électrostatique généré à partir de la même distribution et, dans ce cas, son expression est indépendante de la source du champ.

C'est un magintud qui peut être négatif ou positif, selon que le travail effectué pour être dans la configuration adoptée est positif ou négatif. Deux charges qui interagissent dans le même signe ont une énergie positive, car le travail effectué pour les rapprocher doit surmonter leur répulsion. Pour la même raison, deux charges opposées ont une énergie négative.

Production d'énergie électrique

L'énergie électrique peut difficilement être trouvée librement dans la nature d'une manière qui puisse être utilisée. On peut l'observer lors d'orages, mais la difficulté de stocker et de contrôler une telle quantité d'énergie les rend pratiquement inutilisables.

Il existe plusieurs façons de produire de l'électricité que l'on peut classer comme renouvelable ou non renouvelable. Les modes de production d'électricité renouvelable sont ceux dans lesquels aucun combustible n'est utilisé ou dont le combustible est inépuisable (énergie solaire, éolienne, hydroélectrique, géothermie, etc.). D'autre part, les méthodes de production d'électricité non renouvelable nécessitent un combustible qui, même s'il est abondant, a tendance à s'épuiser, comme l'énergie nucléaire, l'énergie thermique (charbon, pétrole, gaz, etc.), etc.

Utilisation de l'énergie électrique

Trains circulant à l'électricitéL'énergie électrique peut être transformée en de nombreux autres types d'énergie tels que l'énergie mécanique (moteurs électriques, machines ...), l'énergie thermique (appareils de chauffage, poêles ...) ou l'énergie lumineuse (lumière). Le grand avantage que l'énergie électrique nous offre est la facilité de transport.

L'utilisation de l'électricité est répandue dans la société moderne et le courant circule dans le réseau électrique, dans des piles ou des accumulateurs: il suffit de penser à l'utilisation de l'éclairage dans les bâtiments (publics et privés) et sur les routes. la puissance des appareils et équipements, ainsi que dans les processus de production industrielle ou dans les machines électriques, tels que les moteurs électriques.

La découverte de l'énergie électrique a donc représenté une véritable révolution technologique, économique et sociale très forte. Son utilisation a entraîné un besoin important et irréversible en raison de ses avantages par rapport à l'énergie mécanique produite par les moteurs thermiques (moteurs à combustion). Parmi eux, il y avait le fait de pouvoir être transporté à distance, le faible bruit de fonctionnement des équipements électriques, l'absence de gaz d'échappement sur le lieu d'utilisation et la plus petite empreinte de pas d'une machine électrique.

Parmi les inconvénients, seul le fait de ne pas être une source primaire. L'utilisation de l'énergie électrique implique la nécessité d'une infrastructure de conversion qui entraîne inévitablement une perte d'efficacité dans le processus de conversion et en amont dans les transports le long des lignes électriques.

Centrales électriques

L'électricité, à l'exception de l'électricité atmosphérique atmosphérique et du potentiel faiblement négatif de la Terre, n'est pas une source d'énergie primaire de la Terre. Elle doit donc être produite en transformant une source d'énergie primaire. De cette manière, l'énergie électrique est considérée comme une source d'énergie secondaire. Dans le processus de transformation, le rendement est toujours inférieur à 100% dans les centrales.

Tours pour le transport d'énergie électriqueDans toutes les usines de production d'énergie électrique, à l'exception de celles de l'énergie solaire photovoltaïque, trois éléments sont nécessaires pour produire de l'électricité:

L'eau sous forme liquide (comme dans les centrales hydroélectriques) ou sous forme de vapeur à haute pression (dans les centrales thermiques, les centrales géothermiques, la fission nucléaire et les centrales solaires) est un autre élément important pour la production d'électricité. afin de faire tourner les turbines pour produire de manière plus constante le courant alternatif possible   au moyen de l'alternateur.

L'utilisation de l'eau pose les problèmes suivants liés à la nécessité de la chauffer:

  • La disponibilité de l'eau
  • La pollution de l'eau thermale, si elle n'est pas récupérée, est dispersée dans l'atmosphère sous forme de vapeur d'eau ou renvoyée dans les lacs, les rivières et la mer.

Dans le cas d'installations éoliennes, aucune eau n'est nécessaire, car les éoliennes sont entraînées par la force du vent.

Transport et distribution d'énergie électrique

Une fois la production d'électricité terminée, il faut la transporter à grande échelle. Le transport et la distribution à grande échelle de l'électricité produite par les centrales jusqu'aux utilisateurs finaux s'effectuent par le réseau de transport et le réseau de distribution.

Loi de Joule

La loi de Joule, en réalité, est deux lois différentes, qui associent la chaleur générée par le courant électrique et la dépendance de l'énergie interne d'un gaz idéal en ce qui concerne sa pression, son volume et sa température.

La première loi de Joule (également appelée effet Joule) est une loi physique qui établit la relation entre le courant électrique qui passe dans un conducteur et la chaleur qu'il génère. Le nom est dédié à James Prescott Joule, qui a travaillé sur ce concept dans les années 1840 et l'exprime comme suit:

Q = I 2 · R · t

Dans la formule Q, c'est la chaleur générée par le courant constant I qui passe dans le temps sur un conducteur t de résistance R. Lorsque le courant (mesuré en ampères), la résistance (mesurée en ohms) et le temps (mesuré en secondes), l'unité de Q sera de joules.

La première loi de Joule est aussi parfois appelée loi Joule-Lenz, car il a ensuite été déclaré indépendant par Heinrich Lenz.

La deuxième loi de Joule signifie que l'énergie interne d'un gaz idéal dépend uniquement de sa température, quels que soient son volume et sa pression.

 

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Dernier examen: 25 novembre 2016

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