Fiche de révision : L’énergie électrique au cours des deux derniers siècles : le XIXe siècle

L’induction électromagnétique, quésaco ?

• Les effets du magnétisme et de l’électricité statique sont étudiés depuis l’Antiquité.
  Mais la notion d’écoulement électrique, et donc de courant électrique, apparaît quant à elle au XVIII^e siècle (Franklin).
• Au début du XIX^e siècle, la loi d’Ørsted établit qu’un circuit parcouru par un courant électrique constant crée un champ magnétique dans son voisinage.
• Il existe donc bien un lien entre magnétisme et électricité : c’est la naissance de l’électromagnétisme.
• Quelques années plus tard, la loi Faraday montre que l’inverse est aussi possible, à savoir qu’il est possible d’induire un courant électrique dans un fil grâce à un aimant en mouvement. Ce faisant, il lie l’énergie électrique à l’énergie mécanique (mouvement de l’aimant).
• C’est ce que l’on nomme l’induction électromagnétique.
• Maxwell apporte ensuite le formalisme mathématique nécessaire :
• il propose les notions de « champ électrique » et de « champ magnétique » ;
• il propose des équations qui relient les champs électrique et magnétique : la variation de l’un des deux champs entraîne la variation de l’autre ;
• il imagine que la lumière pourrait aussi être décrite comme une perturbation électromagnétique se déplaçant selon les lois de l’électromagnétisme.
• Maxwell fonde ainsi officiellement la branche de l’électromagnétisme et son travail sert de base au développement de la théorie de la relativité et de la physique quantique au XX^e siècle.

Du mouvement naît l’électricité : l’alternateur

• Le premier générateur électrique est mis au point dès 1832 :
• l’alternance des polarités de l’aimant en mouvement devant la bobine provoque un changement de sens de circulation du courant, c’est-à-dire un courant alternatif ;
• de la vitesse de rotation de l’aimant dépend la fréquence ($\text{Hz}$) du courant électrique.
• L’ensemble de ce dispositif qui produit ce courant alternatif (bobine et source rotative de champ magnétique) porte le nom d’alternateur.
• Pour améliorer le rendement de production d’électricité des premiers générateurs et rendre viable la solution du moteur électrique, von Siemens, Pacinotti puis Gramme décident d’utiliser plusieurs bobines.
• Pour un alternateur le rendement (rapport entre l’énergie disponible avant conversion et l’énergie apportée avant conversion) correspond à : $$\eta=\dfrac{\text{énergie}_{\text{électrique}}}{\text{énergie}_{\text{mécanique}}}$$
• Durant le fonctionnement de l’alternateur, les pertes d’énergie sont dues :
• aux frottements de l’axe de rotation ;
• aux frottements avec l’air ;
• à l’effet Joule dans les fils de la bobine (chaleur).
• Les alternateurs actuels ont un rendement très élevé et sont utilisés pour produire de l’électricité de façon industrielle.