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

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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 XVIIIe siècle (Franklin).
  • Au début du XIXe 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 XXe 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 (Hz\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 : η=eˊnergiemeˊcaniqueeˊnergieeˊlectrique\eta=\dfrac{\text{énergie}{\text{mécanique}}}{\text{énergie}{\text{électrique}}}
  • 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.