Les bases de l'électricité : Analogie avec l'hydraulique

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Le fonctionnement des circuits hydrauliques sont souvent liés aux circuits électriques. D’une manière simple nous pouvons faire l’analogie entre un circuit hydraulique et électrique pour comprendre le fonctionnement. Comme l’hydraulique, l’électricité est une science abstraite. On ne voit pas ce qui se passe dans les fils et les composants.

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1 - Origine de l’électricité

La matière qu’elle soit solide, liquide ou gazeuse, est composée d’atomes. Ces atomes sont constitués de particules électrisées.

Proton : Charge électrique positive (+).
Neutron : Charge électrique neutre.
Électron : Charge électrique négative (-)

À noter :

2 charges électriques positives se repoussent
2 charges électriques négatives se repoussent
1 charge électrique positive et une charge électrique négative s’attirent.

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La Fig. A représente un atome de cuivre. Le cuivre est un bon conducteur. Il est composé d’un noyau dans lequel on retrouve 29 protons (+) et 34 neutrons (neutre).Autour du noyau gravite 29 électrons (-). L’électron seul sur la couche de valence est appelé électron libre. Lorsque le conducteur est soumis à une différence de potentiel (différence de tension), L’électron libre se déplace d’atome en atome comme imagé sur la Fig. B, c’est le courant.

À noter : Le courant est un déplacement d’électrons. Si la vitesse de transmission d’un signal électrique dans un fils conducteur est très rapide (200 000 Km/s), la vitesse de déplacement des électrons est très lente (la vitesse d’un escargot).

Les isolants électriques ( porcelaines, verres, caoutchoucs…) ne possèdent pas d’électron libre. Ils ne conduisent pas l’électricité.

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2 - Analogie avec l’hydraulique

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Sur la Fig. C est représenté un circuit électrique simple que l’on peut comparer avec un circuit hydraulique Fig. D.

Le générateur délivre une tension (différence de potentiel) qui peut être comparée à la différence de hauteur des 2 réservoirs.

L’interrupteur ouvre & ferme le circuit électrique. Il est représenté par la vanne.

L’ampoule est le consommateur, elle est représentée par la turbine.

Sur le circuit électrique l’interrupteur est ouvert, les électrons ne peuvent pas circuler dans les fils et l’ampoule est éteinte. Le fil (1) est au potentiel (+). Les fils (2) & (3) sont aux potentiels (-). Le générateur indique 12 Volts (différence de potentiel) et 0 milliampère (consommation).

Sur le circuit hydraulique, la vanne est fermée, l’huile ne peut pas entrainer la turbine.

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Sur la Fig. E, lorsque l’interrupteur se ferme, le fil (2) est au potentiel (+), le fil (3) toujours au potentiel (-). L’ampoule est soumise à une différence de potentiel ( ∆t) de 12 Volts créé par le générateur. Les électrons circulent dans les fils et l’ampoule s’éclaire. Le générateur indique 250 milliampères qui correspondent à la consommation de l’ampoule. Celle-ci dépend de la résistance électrique (Ohm) du composant.

Sur la Fig. F, lorsque la vanne s’ouvre, la turbine est soumise à une différence de pression ( ∆p) créée par l’ écart de hauteur des 2 réservoirs. La turbine tourne, sa vitesse dépend de sa résistance mécanique.

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En conclusion :

Lorsqu’un consommateur est soumis à une différence de tension, il est traversé par un courant électrique. L’intensité qui traverse le consommateur dépend de sa résistance électrique.

La tension s’exprime en Volt (V) qui correspond à la pression d’un circuit hydraulique.

L’intensité s’exprime en Ampère (A), c’est le débit « des électrons ».

La résistance d’un récepteur électrique s’exprime en Ohm, c’est la résistance mécanique d’un composant hydraulique.

Pour mesurer la tension, on utilisera un voltmètre que l’on installera en dérivation (parallèle) sur le circuit alimenté.

Pour mesurer l’intensité, on utilisera un Ampèremètre que l’on installera en série sur le circuit alimenté.

Pour mesurer la résistance, on utilisera un Ohmmètre que l’on installera en parallèle sur un composant déconnecté du circuit.