Principes Fondamentaux de la Génération et du Stockage de l'Électricité

Méthodes de Génération d'Électricité

Génération par Frottement (Électricité Statique)

En frottant une baguette de verre contre un drap de laine, des électrons des dernières couches du verre sont transférés à l'étoffe de laine. Le drap de laine devient alors chargé négativement, tandis que la baguette de verre se charge positivement. C'est le principe de l'électricité statique.

L'Effet Piézoélectrique

Lorsque des matériaux piézoélectriques, comme le quartz, sont soumis à une pression mécanique entre leurs deux faces opposées, des charges électriques apparaissent à la surface de ces matériaux. Ce phénomène est utilisé dans les capteurs de cliquetis et est réversible.

Génération par Réaction Chimique

Lorsqu'un métal est immergé dans un liquide composé d'eau et d'acide (un électrolyte), une différence de potentiel apparaît. Les piles et les accumulateurs sont des dispositifs qui convertissent l'énergie chimique en énergie électrique.

L'Induction Électromagnétique

L'induction électromagnétique est la principale méthode de production d'électricité. Lorsqu'un conducteur est déplacé dans un champ magnétique, perpendiculairement aux lignes de champ magnétique, un courant électrique alternatif (CA) est induit dans le conducteur.

L'Effet Photoélectrique

Il a été démontré expérimentalement que lorsqu'un rayon de lumière frappe un corps métallique, il provoque la libération d'électrons de la dernière couche des atomes de métal. Cet effet est appelé l'effet photoélectrique. Il est notamment utilisé dans les cellules photoélectriques à base de sélénium.

Génération par Effet Thermoélectrique

Lorsque deux plaques de métaux de nature différente sont mises en contact et que leur jonction est chauffée, une différence de potentiel apparaît. Cela est dû au fait que les électrons libres de l'un des métaux ont plus d'énergie que ceux de l'autre et ont tendance à diffuser vers celui-ci. Si la jonction est chauffée, l'émission d'électrons augmente (propriétés thermiques). La tension générée par cette différence de potentiel est appelée tension thermoélectrique (ou effet Seebeck).

Champ Électrique et Condensateurs

Le Champ Électrique

Un champ électrique est l'espace dans lequel une charge électrique subit une force. Il permet de ressentir l'effet d'une charge électrique.

Le Condensateur et l'Accumulation de Charges

Supposons deux plaques métalliques séparées par une courte distance et reliées à un générateur. Lorsque le circuit est fermé par un interrupteur, la borne positive du générateur attire les électrons de la plaque qui lui est connectée, tandis que la borne négative repousse les électrons vers l'autre plaque. Ce mouvement d'électrons crée une différence de potentiel entre les deux plaques.

Ce mouvement d'électrons ne dure qu'un instant, le temps que les deux plaques se chargent. Ce dispositif est appelé un condensateur, capable de stocker de l'énergie électrique.

Si un matériau diélectrique est placé entre les plaques, les atomes de ce matériau sont influencés par le champ électrique créé par le générateur.

Un condensateur est dit chargé lorsque la différence de potentiel entre ses armatures est égale à la tension appliquée.

Une fois le condensateur chargé, si vous le déconnectez du générateur et reliez ses armatures par un fil, une décharge se produit. La durée des courants de charge et de décharge dépend de la quantité d'électricité que le condensateur peut stocker et de la différence de potentiel appliquée entre ses plaques.

L'unité de mesure de la capacité est le farad (F) (charge / tension). On utilise couramment le microfarad (µF) et le picofarad (pF). Si une tension trop élevée est appliquée, les électrons peuvent traverser le diélectrique, provoquant sa perforation (tension de claquage diélectrique).

La capacité d'un condensateur dépend de la surface des plaques, ainsi que de l'épaisseur et du type de matériau diélectrique.