• Misc
  • Publié le 9 octobre 2017

J’initie ma naine à l’électronique – #1 Qu’est ce que l’électricité ?

Appuyez sur un interrupteur, la lumière s’allume, appuyez sur un bouton, vos enceintes crachent vos chansons préférées à plein tubes, un clic de télécommande, et vous voilà devant votre série préférée!

L’électricité est partout, et nous nous en servons pour tout un tas de choses assez fabuleuses. S’éclairer la nuit, conserver notre nourriture au frais, se chauffer en hiver, alimenter un ordinateur, parler avec quelqu’un à l’autre bout de la planète, …

Si toi aussi tu te demandes ce qu’il se passe quand on met une pile sur la langue, comment fonctionne une radio, comment on peut faire ses propres circuits, ou comment partager cette passion avec ton nain… alors tu es au bon endroit!


Qu’est ce que l’électricité ?

Matériel:

  • Une pile 9V classique
  • Une ampoule incandescente 9V à 12V
  • Un.e nain.e: ici j’utilise un modèle de 2010, mais la plupart des modèles conviendront pour cette expérience
NB: Les nains s’amuseront aussi beaucoup avec les kits spécial nain type snap circuits de chez Elenco.

 

Etape 1: Observation

Regarde bien l’ampoule la naine! Tu remarqueras le petit filament métallique dans l’ampoule. A l’intérieur, une extrémité du filament est reliée aux bords métalliques, le culot, et l’autre au fond de l’ampoule, le plot.

 

Etape 2: Et la lumière fut!

Posons maintenant la pile sur la table, et plaçons délicatement l’ampoule de façon à ce que le plot touche un des pôles, et le culot l’autre.

Bravo! Tu viens de créer de la lumière avec de l’électricité! L’ampoule s’allume car au contact des pôles, l’électricité traverse le filament à l’intérieur. Celui-ci se met à chauffer, et même à brûler jusqu’à briller, créant ainsi de la lumière.

 

Mais alors, comment ça marche vraiment tout ça ?


Les fondamentaux

L’électron

Tout ce que nous voyons autour de nous est fait d’atomes. Absolument tout! Mais un atome c’est minuscule! On n’arrive qu’à les “voir” (en avoir une représentation particulière) grâce à de puissants microscopes électroniques. Et oui, désolée les nain.e.s, je ne peux pas vous en montrer, par contre, la naine en a en modélisé un pour vous 🙂

La naine et son magnifique atome d’hélium

 

L’atome est fait d’un noyau constitué de protons et de neutrons, et d’électrons qui gravitent autour, un peu comme les planètes autour du Soleil.

Les protons et les électrons sont chargés électriquement: les protons ont une charge positive, et les électrons une charge négative.

Les charges positives et négatives s’attirent comme les pôles opposés d’un aimant. C’est ainsi que le noyau retient ses électrons.

Certains matériaux sont dits conducteurs. Si on leur applique de l’énergie, les électrons vont se déplacer d’un atome à un autre. Le filament de l’ampoule par exemple, est fait d’un métal conducteur, il est plein d’électrons prêts à se déplacer.

A l’inverse, d’autres matériaux sont composés d’atomes dont l’attraction noyau/électrons est très forte, et il est difficile de faire circuler les électrons. Comme le plastique. On dit que ces matériaux sont isolants.

 

Tension, intensité, résistance

Quand on connecte une pile à l’ampoule, l’énergie de la pile qui fait circuler les électrons est appelée tension. Elle désigne la vitesse à laquelle circule les électrons, et se mesure en volts (V). Plus la tension est haute, plus les électrons vont se déplacer vite dans le filament. Un peu comme des billes qu’on pousserait dans un tuyau.

Le déplacement des électrons d’un atome à un autre est appelé courant électrique. Son intensité désigne la quantité d’électrons qui circulent et se mesure en ampères (A).

Le courant électrique est assez similaire au courant d’un fleuve. Quand on dit d’un fleuve qu’il a beaucoup de courant, cela veut dire qu’il y une grande quantité d’eau qui coule dans le fleuve. C’est pareil avec le courant électrique. Un courant puissant veut dire qu’il y a beaucoup d’électrons qui circulent dans le fil. Et quand on augmente la tension, le courant aussi augmente.

Tout comme l’eau descend un fleuve avec la gravité, les électrons circulent de la borne négative vers la borne positive d’une pile.

NB: les pionniers de l’électricité pensaient qu’ils circulaient du + vers le -, et ce n’est que bien plus tard qu’on découvrit que l’électron avait une charge négative. Du coup on a gardé le sens conventionnel du courant qui est du + vers le -, et c’est ainsi qu’il est représenté dans les schémas. Mais voilà, en réalité, les électrons vont du – vers le +!

 

La tension pousse les électrons pour former un courant. et la résistance limite le courant. Comme de gros rochers dans une rivière, ou comme si on pinçait un tuyau d’arrosage pour diminuer la quantité d’eau qui en sort. Par contre, si tu ouvre le robinet plus, ou si tu augmentes la tension, la pression augmente quand même, et plus d’eau coule même si tu continues à pincer le tuyau. Une résistance électrique fonctionne exactement de la même façon, et se mesure en ohms (Ω).

 

Et dans l’ampoule ?

Les 2 extrémités du filament à l’intérieur de l’ampoule sont reliées à l’extérieur de l’ampoule:

  • 1 au côté métallique de la base de l’ampoule: le culot
  • 1 au contact métallique au bout de l’ampoule: le plot

Quand l’ampoule touche les 2 bornes de la pile, on créé un circuit. C’est à dire un parcours fermé qui permet au courant de circuler de la borne positive à la borne négative de la pile.

La tension de la pile, 9V (regardes, c’est écrit dessus), pousse les électrons dans le circuit, dont le filament. Celui-ci a une résistance, et réduit le courant qui passe. Lorsque les électrons sont ralentis par la résistance du filament, celui-ci chauffe tellement qu’il se met à briller.

Pour que la pile puisse alimenter le circuit, celui-ci doit être fermé entre les 2 bornes de la pile. S’il ne l’était pas, par exemple si l’ampoule ne touche qu’une des 2 bornes, le courant ne peut pas circuler, et l’ampoule ne s’allume pas.

Mercredi prochain, on fabriquera une alarme anti-intrusion!

 

Karine de Pontevès
Karine de Pontevès

Réagissez à cette article

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *