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L’énergie électrique est un concept important qui contribue à faire fonctionner le monde tel que nous le connaissons. Aux États-Unis seulement, la famille moyenne utilise 10 649 kilowattheures (kWh) par an , soit suffisamment d'énergie électrique pour préparer plus de 120 000 cafetières !

Mais comprendre ce qu’est l’énergie électrique et comment elle fonctionne peut s’avérer délicat. C’est pourquoi nous avons rédigé cet article pour vous éclairer ! (Pardonnez la blague de notre père.)

Continuez à lire pour tout savoir sur l'énergie électrique, y compris:

• La définition de l’énergie électrique
• Comment fonctionne l'énergie électrique
• Si l'énergie électrique est potentielle ou cinétique
• Exemples d'énergie électrique

Lorsque vous aurez terminé cet article, vous connaîtrez l’essentiel de l’énergie électrique et pourrez constater son influence tout autour de vous.

Nous avons beaucoup de choses à couvrir, alors allons-y !

Définition de l’énergie électrique

Alors, qu’est-ce que l’énergie électrique ? En un mot, l’énergie électrique est l’énergie (à la fois cinétique et potentielle) présente dans les particules chargées d’un atome qui peut être utilisée pour appliquer une force et/ou effectuer un travail. Cela signifie que l'énergie électrique a la capacité de déplacer un objet ou provoquer une action .

L’énergie électrique est omniprésente autour de nous sous de nombreuses formes différentes. Certains des meilleurs exemples d’énergie électrique sont les batteries de voiture utilisant l’énergie électrique pour alimenter les systèmes, les prises murales transférant l’énergie électrique pour charger nos téléphones et nos muscles utilisant l’énergie électrique pour se contracter et se détendre !

L'énergie électrique est certes importante pour notre vie quotidienne, mais il existe également de nombreux autres types d’énergie . L’énergie thermique, l’énergie chimique, l’énergie nucléaire, l’énergie lumineuse et l’énergie sonore ne sont que quelques-uns des autres principaux types d’énergie. Bien qu’il puisse y avoir un certain chevauchement des types d’énergie (comme une prise murale fournissant de la lumière à une lampe qui produit une petite quantité de chaleur), il est important de noter que le les types d’énergie agissent distinctement les uns des autres , bien qu'ils peut être converti en d’autres types d’énergie .

Cette vidéo explicative rapide sur l’électricité est une excellente introduction à ce qu’est l’énergie électrique et à son fonctionnement.

Comment fonctionne l’énergie électrique ?

Maintenant que vous savez ce qu’est l’énergie électrique, nous verrons d’où vient l’énergie électrique.

Si vous avez étudié la physique avant, vous saviez peut-être que l’énergie ne peut être ni créée ni détruite. Bien qu'il puisse sembler que les résultats de l'énergie électrique viennent de nulle part, l'énergie d'un éclair ou une séance de footing vient de une série de changements au niveau moléculaire. Tout commence avec les atomes.

Les atomes contiennent trois parties principales : neutrons, protons et électrons. Le noyau, ou centre de l’atome, est constitué de neutrons et de protons. Les électrons entourent le noyau dans des coquilles. Les couches électroniques ressemblent en quelque sorte à des anneaux ou à des trajectoires orbitales qui font le tour du noyau.

(AG César/ Wikimédia )

Le nombre de coquilles d’un atome dépend de nombreux facteurs, notamment du type d’atome et de sa charge positive, négative ou neutre. Mais voici l’élément important en matière d’énergie électrique : les électrons de la couche la plus proche du noyau ont une forte attraction vers le noyau, mais cette connexion s'affaiblit à mesure que vous vous déplacez vers la coque la plus externe. La couche la plus externe d'un atome est connue sous le nom de couche de valence... et les électrons de cette couche sont appelés électrons de valence !

Parce que les électrons de valence ne sont que faiblement connectés à l'atome, ils peuvent en fait être forcés dehors de leurs orbites lorsqu'ils entrent en contact avec un autre atome. Ces électrons peuvent sauter de la coque externe de leur atome d’origine à la coque externe du nouvel atome. Quand cela arrive, il produit de l'énergie électrique.

Alors, comment savoir quand un atome est prêt à gagner ou à perdre des électrons pour créer de l’énergie électrique ? Jetez simplement un œil aux électrons de valence. Un atome ne peut avoir que huit électrons de valence dans sa couche externe, également appelée octet. Si un atome possède trois électrons de valence ou moins, il est plus susceptible de perdre des électrons au profit d’un autre atome. Lorsqu'un atome perd des électrons au point que ses protons sont plus nombreux que ses électrons, il devient chargé positivement cation .

De même, les atomes qui ont une couche de valence presque complète (avec six ou sept électrons de valence) sont plus susceptibles de gagner électrons afin d’avoir un octet complet. Lorsqu’un atome gagne des électrons au point où les électrons sont plus nombreux que les protons de l’atome, il devient chargé négativement anion .

Peu importe si un atome gagne ou perd des électrons, le acte du mouvement des électrons d’un atome à un autre produit de l’énergie électrique . Cette énergie électrique peut être utilisée sous forme d’électricité pour faire des choses comme alimenter les appareils de votre maison ou faire fonctionner un stimulateur cardiaque. Mais cela peut aussi être converti en d'autres types d'énergie , comme l’énergie thermique d’un grille-pain branché sur un mur.

Vous pensez que l’énergie électrique et l’électricité sont la même chose ? Pas assez! L'électricité n'est qu'un résultat de l'énergie électrique.

Énergie électrique vs électricité

Bien que ces termes semblent similaires, l'énergie électrique et l'électricité ne sont pas la même chose . Même si toute l’électricité est le résultat de l’énergie électrique, toute l’énergie électrique n’est pas nécessairement de l’électricité.

Selon Académie Khan , l’énergie est définie comme la mesure de la capacité d’un objet à effectuer un travail. En physique, le travail est l'énergie apportée à un objet afin de déplacer un objet. Comme nous l'avons évoqué dans la dernière section, L'énergie électrique provient du mouvement des électrons entre les atomes, ce qui crée un transfert d'énergie... également appelé travail. Ce travail génère de l'énergie électrique, qui se mesure en Joules.

Gardez à l'esprit que l'énergie électrique peut être converti en toutes sortes d'autres types d'énergie , comme l’énergie thermique d’un grille-pain branché sur un mur. Cette énergie thermique crée de la chaleur qui transforme votre pain en pain grillé ! Alors que l'énergie électrique peut devenir de l'électricité, ce n'est pas le cas avoir à!

Lorsque le flux électronique d’énergie électrique est canalisé à travers un conducteur, comme un fil, il devient de l’électricité. Ce mouvement d'une charge électrique est appelé courant électrique (et se mesure en Watts). Ces courants, complétés à travers circuits électriques , peut alimenter nos téléviseurs, nos cuisinières et bien plus encore, tout cela parce que l’énergie électrique a été dirigée vers la production d’une action particulière souhaitée, comme allumer l’écran ou faire bouillir votre eau.

L’énergie électrique est-elle potentielle ou cinétique ?

Si vous avez déjà étudié l’énergie, vous savez que l’énergie peut se diviser en deux catégories principales : potentiel et cinétique. L'énergie potentielle est essentiellement de l'énergie stockée. Lorsque les électrons de valence des atomes ne peuvent pas sauter, cet atome est capable de retenir et de stocker de l’énergie potentielle.

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D'autre part, L'énergie cinétique est essentiellement une énergie qui déplace ou déplace autre chose. L'énergie cinétique transfère son énergie sur d'autres objets afin de générer une force sur cet objet. En énergie cinétique, les électrons sont libres de se déplacer entre les couches de valence afin de créer de l'énergie électrique. Ainsi, l’énergie potentielle stockée dans cet atome est convertie en énergie cinétique… et finalement en énergie électrique.

Alors, l’énergie électrique est-elle potentielle ou cinétique ? La réponse est les deux ! Cependant, l’énergie électrique ne peut pas être à la fois potentielle et cinétique. Lorsque vous voyez de l’énergie électrique effectuer un travail sur un autre objet, c’est cinétique, mais juste avant qu’elle puisse effectuer ce travail, c’était de l’énergie potentielle.

Voici un exemple. Lorsque vous chargez votre téléphone, l’électricité passant de la prise murale à la batterie de votre téléphone est de l’énergie cinétique. Mais une batterie est conçue pour contenir de l’électricité afin de l’utiliser plus tard. Cette énergie retenue est de l’énergie potentielle, qui peut devenir de l’énergie cinétique lorsque vous êtes prêt à allumer votre téléphone et à l’utiliser.

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Les électroaimants, comme celui ci-dessus, fonctionnent parce que l'électricité et le magnétisme sont étroitement liés.
(Science étonnante/ Giphy )

Qu’est-ce que l’énergie électrique a à voir avec le magnétisme ?

Vous avez probablement joué avec un aimant à un moment donné de votre vie, alors vous savez que les aimants sont des objets qui peuvent attirer ou repousser d'autres objets avec un champ magnétique.

Mais ce que tu ne sais peut-être pas, c'est que les champs magnétiques sont provoqués par une charge électrique en mouvement. Les aimants ont des pôles, un pôle nord et un pôle sud (ceux-ci sont appelés dipôles). Ces pôles sont chargés de manière opposée : le pôle nord est chargé positivement et le pôle sud est chargé négativement.

Nous savons déjà que les atomes peuvent également être chargés positivement et négativement. Il se trouve que les champs magnétiques sont générés par des électrons chargés alignés les uns avec les autres ! Dans ce cas, les atomes chargés négativement et les atomes chargés positivement se trouvent à des pôles différents d'un aimant, ce qui crée à la fois un courant électrique. et un champ magnétique.

Parce que les charges positives et négatives résultent de l’énergie électrique, cela signifie que le magnétisme est étroitement lié aux systèmes d’énergie électrique. En fait, c’est le cas de la plupart des interactions entre atomes, c’est pourquoi nous avons l’électromagnétisme. L'électromagnétisme est la relation interdépendante entre les champs magnétiques et électriques.

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Découvrez ci-dessous quelques exemples époustouflants d’énergie électrique. #UneAutreJokePapa
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Exemples d'énergie électrique

Vous vous demandez peut-être encore : à quoi ressemble l’énergie électrique dans le monde réel ? Jamais peur! Nous avons quatre excellents exemples réels d’énergie électrique afin que vous puissiez en apprendre davantage sur l'énergie électrique en pratique.

Exemple 1 : Un ballon collé à vos cheveux

Si vous avez déjà assisté à une fête d’anniversaire, vous avez probablement essayé l’astuce qui consiste à frotter un ballon sur votre tête et à le coller dans vos cheveux. Lorsque vous enlevez le ballon, vos cheveux flotteront après le ballon, même si vous le tenez à quelques centimètres de votre tête ! Les étudiants en physique savent que ce n’est pas que de la magie… c'est de l'électricité statique.

L'électricité statique est l'un des types d'énergie cinétique produite par l'énergie électrique. L'électricité statique se produit lorsque deux substances sont tenus ensemble par des forces opposées . On l’appelle statique parce que l'attraction maintient les deux objets ensemble jusqu'à ce que les électrons puissent revenir à leur place d'origine. En utilisant ce que nous avons appris jusqu’à présent, examinons de plus près le fonctionnement de cette astuce.

Nous savons que pour que deux atomes s’attirent, ils doivent avoir des charges opposées. Mais si le ballon et vos cheveux sont initialement chargés de manière neutre, comment en arrivent-ils à avoir des charges opposées ? En termes simples, lorsque vous frottez le ballon contre vos cheveux, certains des électrons libres sautent d'un objet à l'autre , donner à vos cheveux une charge positive et au ballon une charge négative.

Lorsque vous le lâchez, le ballon est tellement attiré par vos cheveux qu'il essaie de se maintenir en place. Si vous essayez de séparer les charges attirées, vos cheveux chargés positivement essaieront toujours de rester attachés au ballon négatif en flottant vers le haut en utilisant cette énergie électrique cinétique !

Cependant, cette attraction ne durera pas éternellement. Parce que l’attraction entre le ballon et vos cheveux est relativement faible, les molécules de vos cheveux et du ballon tenteront chacune de rechercher l’équilibre en rétablissant leur nombre d’électrons d’origine, leur faisant éventuellement perdre leurs charges à mesure qu’elles gagnent ou perdent des électrons.

Exemple 2 : Défibrillateurs cardiaques

Si vous recherchez de bons exemples électriques d’énergie potentielle et cinétique, ne cherchez pas plus loin que le défibrillateur. Les défibrillateurs ont sauvé des milliers de vies en corrigeant les battements cardiaques irréguliers dans des situations d'urgence comme un arrêt cardiaque. Mais comment font-ils ?

Sans surprise, les défibrillateurs tirent leurs capacités de sauvetage de l’énergie électrique. Les défibrillateurs contiennent une grande quantité d'énergie potentielle électrique qui est stockée dans le deux plaques du condensateur du défibrillateur . (Celles-ci sont parfois appelées palettes.) L’une des plaques est chargée négativement, tandis que l’autre est chargée positivement.

Lorsque ces plaques sont placées à différents endroits du corps, cela crée un boulon électrique qui saute entre les deux plaques. L'énergie potentielle devient de l'énergie cinétique lorsque les électrons de la plaque positive se précipitent vers la plaque négative. Ce boulon traverse le cœur humain et arrête ses signaux électriques dans le muscle dans l’espoir que son schéma électrique irrégulier redevienne normal.

Les défibrillateurs contiennent une énergie électrique extrêmement puissante, alors soyez prudent si jamais vous en êtes à proximité !

Exemple 3 : éoliennes

Souvent placées dans des endroits isolés, les éoliennes transformez le vent naturel en énergie qui peut être utilisée pour alimenter nos maisons, nos technologies et bien plus encore. Mais comment une turbine peut-elle transformer quelque chose d’aussi apparemment non électrique que le vent en énergie utilisable et durable ?

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À la base, les éoliennes transforment l'énergie du mouvement en énergie électrique. Même si expliquer le fonctionnement du vent mérite un article de blog à part entière, ce que vous devez savoir, c'est que lorsque le vent frappe les pales de l'éolienne, ça fait tourner le moyeu du rotor comme un moulin à vent. Cette énergie cinétique fait tourner un composant interne, appelé nacelle, qui contient un générateur électrique. À son tour, ce générateur convertit cette énergie en énergie électrique en forcer des charges électriques déjà présent dans le générateur pour se déplacer, créant un courant électrique... qui est aussi de l'électricité.

Parce que ce mouvement est canalisé à travers des conducteurs électriques, notamment des fils, ce flux de charges peut continuer aux réseaux électriques plus grands, comme les maisons, les quartiers et même les villes.

Exemple 4 : Piles dans un jouet pour enfants

De la même manière qu’une éolienne convertit un type d’énergie en un autre, une batterie dans un jouet pour enfants convertit l’énergie afin de faire fonctionner le jouet. Les piles ont deux extrémités, une positive et une négative. Il est important de mettre les bonnes extrémités aux bons endroits dans le jouet, sinon cela ne fonctionnera pas.

L’extrémité positive a – vous l’aurez deviné ! – une charge positive, tandis que l’extrémité négative a une charge négative. Cela signifie que l’extrémité négative contient beaucoup plus d’électrons que l’extrémité positive, et la batterie dans son ensemble essaie d’atteindre l’équilibre. La façon dont ils font cela passe par réactions chimiques qui démarrent lorsque les piles sont placées à l’intérieur d’un jouet allumé.

L’extrémité positive ne peut pas simplement atteindre l’extrémité négative à cause de l’acide qui les sépare à l’intérieur de la batterie. Plutôt, les électrons doivent traverser tout le circuit du jouet pour atteindre l'extrémité négative, permettant à une poupée de pleurer ou à un hélicoptère jouet de voler.

Lorsque tous les électrons du côté positif ont atteint l’équilibre, il n’y a plus d’électrons pour traverser le câblage, ce qui signifie qu’il est temps d’utiliser de nouvelles piles !

Unités communes d'énergie électrique

Bien qu’il soit important d’étudier la définition et les principes de base de l’énergie électrique, vous aurez également besoin de connaître certaines formules et équations pour continuer à explorer l’énergie électrique. Beaucoup de ces formules utilisent les mêmes symboles pour désigner des unités particulières.

Nous avons inclus un tableau de certaines des unités d’énergie électrique les plus courantes pour votre référence, ainsi que la signification de chaque unité.

Source: https://www.electronics-tutorials.ws/dccircuits/electrical-energy.html

Bien qu'il existe de nombreuses autres unités dont vous pourriez avoir besoin dans vos équations pour l'énergie électrique, cette liste devrait vous aider à démarrer !

Conclusion : voici ce qu’il faut retenir sur l’énergie électrique

Vous avez réussi votre cours intensif sur l’énergie électrique et vous êtes maintenant prêt à passer n’importe quel examen ou cours qui testera vos connaissances en physique électrique. Cependant, si vous ne vous souvenez de rien d’autre, gardez ceci à l’esprit lors de votre prochaine leçon sur l’énergie électrique :

• La définition de l’énergie électrique : la capacité d’effectuer un travail.
• L'énergie électrique provient du attraction ou répulsion de molécules chargées négativement et positivement.
• L'énergie électrique est à la fois l'énergie potentielle et l'énergie cinétique.
• Quelques exemples d’énergie électrique sont un défibrillateur, une batterie et des éoliennes .

Nous espérons que vous avez été positivement chargé de toutes les informations contenues dans ce blog ! Continuez à étudier et en un rien de temps, vous deviendrez un pro de l’énergie électrique.

Et après?

Besoin d'un peu d'aide supplémentaire avec vos formules de physique ? Alors cette aide-mémoire sur les équations est exactement ce que vous recherchez.

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Si vous êtes en physique de l'IB, nous avons également ce qu'il vous faut.Voici un aperçu du programme de cours et voici notre tour d'horizon des meilleurs guides d'étude de physique de l'IB.