Étape 2: Physique électrique Primer
Lorsque nous nous référons à l’électricité, nous parlons des interactions des porteurs de charge. Ces supports peuvent être des particules subatomiques comme les électrons et les protons ou les chargés des atomes, ions, en solution de charge. En raison de leur très faible masse pour charger le rapport, les électrons sont les porteurs de charge primaire dans des conducteurs rigides. Charge est mesurée en unités de coulombs (C). Frais d’interagissent avec l’autre par l’intermédiaire de champs. Champs magnétiques influence de déplacement seulement frais tandis que les champs électriques influent sur les charges mobiles et fixes. Le champ électrique produit par un seul point frais (un proton, par exemple) peut être démontré par la Loi de Gauss pour être proportionnelle à l’ampleur de la charge et inversement proportionnelle au carré de la distance de la charge ponctuelle. Particules dans un champ d’expérience une force qui augmente avec la quantité de charge qu’ils transportent. Autrement dit, F = qE, où F désigne la force, q est le symbole frais et E indique l’amplitude du champ électrique. Ainsi, la force subie par une particule chargée dans le champ d’une autre est proportionnelle à la charge de la particule produisant le champ et la charge de particule connaît le domaine et est inversement proportionnelle au carré de la distance entre deux particules. C’est appelée Loi de Coulomb.
Au sein de l’électricité, il existe deux domaines d’analyse : électrostatique et électromagnétisme. Électrostatique ne traite que des frais fixes et n’est pas capable de décrire des situations physiques autant comme électromagnétique, qui tient compte de la physique plus compliquée introduite par des charges en mouvement. Sauf si vous avez vécu dans une boîte fermée toute votre vie (et même alors...), vous avez été témoin fois ELECTROSTATIQUE et électromagnétisme. Déplacement de charge sur vos cheveux en les frottant avec un ballon est un exemple d’interaction électrostatique. Fours à micro-ondes, aimants et la grande majorité des appareils électroniques fonctionnent sur les principes de l’électromagnétisme. Pour nos buts, nous négligeront électromagnétisme dans notre analyse parce que le générateur de Marx est un exemple dans lequel électrostatique joue un rôle beaucoup plus sensible. Vous devriez, cependant, être au courant de certaines des relations entre électricité et magnétisme. Il faut savoir qu’un champ magnétique instationnaire induit un champ électrique (Loi de Faraday) et qu’un champ électrique instationnaire induit un champ magnétique (Loi de Maxwell-ampère). La symétrie élégante de l’électricité et le magnétisme est exposée dans les équations de Maxwell, qui prouvent l’existence d’autonome des ondes électromagnétiques se déplaçant à la vitesse de la lumière (c = environ 300 000 000 m/s!!!).
Électricité, comme tout le reste dans le monde naturel, implique la conversion de l’énergie entre les formes potentielles et cinétiques. En physique, l’énergie a unités de joules (J). L’énergie ne peut être créée ou détruite. Au contraire, au cours de tout processus physique, l’énergie est conservée *. Les mesures de tension et de courant permettent de quantifier l’énergie possédée par les charges fixes et mobiles. Tension est la différence de potentiel électrique et a des unités de volts (V) ou joules par coulomb (J/C). Elle est égale à la variation de l’énergie qui résulterait de déplacement d’une particule chargée d’une position à l’autre divisée par la charge de cette particule. Le résultat de particules chargées se déplaçant d’une plus grande tension (énergie de potentielle plus élevée) à une plus faible tension (basse énergie potentielle) est courant électrique. Courant peut être calculée comme la quantité de charge (C) en passant par une section transversale, comme un fil, par unité de temps (s). Par conséquent, le courant a unités de coulombs par seconde (C/s) ou ampères (A). Deux facteurs déterminent l’amplitude du courant : la vitesse de dérive moyenne de particules chargées et la charge nette de toutes les particules. Courant peut être augmentée en augmentant la vitesse ou le nombre de particules traversant une section donnée d’un fil. Tension et le courant peuvent être liées au pouvoir, le taux de consommation d’énergie par l’équation P = IV, où P est la puissance, j’est actuel, et V est la tension. Multipliant la puissance et le temps les rendements énergétiques. Tension et courant portent sur les lois de la conservation de l’énergie et charge respectivement. Sachant que l’énergie est toujours conservée et que la tension représente la variation d’énergie d’un électron se déplaçant d’un endroit à l’autre, nous pouvons conclure que la somme de toutes les tensions dans un circuit fermé (le chemin d’accès un électron prendrait autour d’un circuit pour finir par revenir à sa position de départ) doit toujours * être égal à zéro. Ceci est connu comme règle de boucle de Kirchhoff. Il existe une deuxième règle, règle de jonction de Kirchoff, qui stipule que la somme des courants qui se jettent dans une jonction, c'est-à-dire une intersection des fils, doit égale à la somme des courants sortant de la jonction afin que l’accusation à conserver. Règles de Kirchoff sont particulièrement utiles pour l’analyse des circuits plus complexes.
Tension et le courant peuvent également être liées à une autre quantité : résistance, l’opposition au courant. Loi d’Ohm indique que la tension, V, est le produit du courant, j’aiet la résistance, R; V=IR. Toutefois, un plus intuitive et souvent plus utile, la forme de la Loi d’Ohm est donnée par j’ai = V/R. Dans les circuits de courant continu (DC), la résistance dissipe l’énergie sous forme de chaleur et dépend de la résistivité du matériau conducteur. Dans les circuits de courant alternatif (ca), la résistance se transforme en impédance complexe, qui prend en compte la réponse en fréquence des éléments réactifs tels que les condensateurs et inducteurs.
