#4a.      L'électricité considérée comme un fluide

    Les sections précédentes n'ont pas suivi l'ordre classique :



Les courants électriques ont d'abord été étudiés en fonction des travaux d'Oersted.    Ensuite, les charges électriques, en liaison avec les électrons.

    C'est sans doute CORRECT, parce que la plupart d'entre nous sont familiarisés avec les courants et les charges. Les courants concernent les lumières électriques, les radios, les TV, les horloges et diverses applications domestiques, et les charges électriques " statiques " font "se coller" ensemble papiers et vêtements par temps sec. Cette section va un peu plus loin, aux concepts de tension et de champ électrique.

La loi d' Ohm

    On comprend mieux l'électricité en comparant la charge électrique comme une variété de fluide, comme l'eau, ce que les scientifiques ont fait pendant les 200 premières années. Effectivement ce fluide se compose de différents électrons, mais qui sont si petits que dès que la charge est tant soit peu importante elle se comporte comme un fluide continu. De même façon, le sable coule comme un fluide, et l'eau dans un verre est habituellement considérée comme un fluide, bien qu'elle se compose de différentes molécules.

    A l'aide d'une pompe nous pouvons pousser l'eau par une canalisation dans un circuit fermé (schéma supérieur). La vitesse à laquelle elle coule à n'importe quel point du tuyau--mesuré en gallons (ou litres) par seconde-dépend de la pression que délivre la pompe (en livres par pouce carré, ou kilogrammes par centimètre carré). Plus exactement, elle dépend de la différence de pression entre l'entrée (à gauche) et la sortie ( à droite)du tuyau.

    Plus grande est la différence de pression, plus l'écoulement est rapide. De plus, pour une même différence de pression, plus d'eau passera par une plus large canalisation et la résistance à l'écoulement sera d'autant plus forte que la canalisation sera plus longue.

Tout ceci reflète exactement le comportement du fluide électrique.

    Cependant il n'y a aucune canalisation : l'électricité de nos maisons et des appareils passe habituellement par des fils métalliques, le plus souvent en cuivre. Dans le métal les électrons peuvent sauter d'atome en atome, et ce faisant transportent la charge négative dans le circuit.

    Comme pour un fluide, ils sont sous la dépendance d'un genre de pression électrique, connue sous le nom de voltage, , parce qu'elle est mesurée en volts, , du nom du scientifique italien Alessandro Volta. Une batterie électrique produit (par un processus chimique) une différence de tension V entre ses deux extrémités, et agit donc comme une pompe (schéma du bas).

    Le courant électrique s'écoule de la haute tension à la basse tension et est mesuré en Ampères, unités portant le nom de André-Marie Ampere que nous avons rencontré dans la section #2. Et comme avec l'eau, si nous augmentons la tension conductrice V, le courant qui passe augmente également. En fait, ces deux facteurs sont tout à fait proportionnels : si on double la tension, on obtient le double de courant. Cette relation est dite loi d' Ohm, d'après Georg Ohm qui l'a formulée pour la première fois.

    La loi d' Ohm (qui comporte quelques détails supplémentaires au sujet de la longueur et de l'épaisseur du fil) est habituellement une des premières choses enseignées dans les cours d'électricité, et beaucoup d'étudiants le regardent donc comme une loi fondamentale de l'électricité. Elle ne l'est pas !. Elle est tout à fait vrais pour les fils de métal, mais comme il sera montré dans la section #7a, elle n'est pas valable pour les tubes fluorescents--tandis que dans l'espace il y a des courants circulants sans aucune tension pour les diriger (section #10a).

    Une petite remarque ici. Du fait d'une longue tradition, la direction du courant électrique est définie comme la direction dans laquelle les charges positives se déplacent. On pourrait critiquer Ben Franklin d'avoir décider--par supposition pure-quelle électricité s'appelle " positif " ou " négatif. " On a constaté un siècle plus tard que la plupart des courants électriques sont été portés par les électrons négatifs, qui se déplacent en direction inverse.

    On peut donc dire que le sens de l'écoulement qui devrait être assigné au fluide électrique est vraiment à l'opposé de ce que nous disons d'habitude. Mais il est beaucoup trop tard pour changer l'ancienne convention.

    A domicile, les courants et autres effets électriques de l'électricité sont habituellement canalisés dans des fils isolés.
D'autre part, les phénomènes électriques tendent à s'étaler dans l'espace à trois dimensions. Si la circulation des courants électriques dans les maisons ressemble à celle de l'eau dans des canalisations, par contre dans l'espace elle ressemble aux courants océaniques ou au mouvement de l'air dans l'atmosphère, étendu à 2 voire 3 dimensions.

    Pour un fil, la tension ne dépend que d'une dimension-- la longueur du fil. Dans l'espace, chaque point peut avoir sa propre tension. Les courants peuvent circuler en fonction de ces différences de tensions, mais n'obéissent pas à la loi d' Ohm, parce que leur écoulement est principalement dicté par les champs magnétiques, c'est là la différence.

la distribution de la tension en trois dimensions est souvent nommée champ électrique.

    Comparer:

Dans un champ magnétique la direction du champ est celle de la force. Si des pôles N magnétiques indépendants existaient, ils pourraient aussi suivre la direction du champ, alors que les pôles S se déplaceraient en direction opposée. Les pôles des extrémités d'une aiguille de boussole se déplacent de cette façon, et alignent ainsi l'aiguille dans la direction du champ.

    De même

    Un champ électrique est une région où les forces électriques retentir sur les objets chargés, et la direction du champ est celle par laquelle les charges positives se déplacent. Un ion, positif, se déplace dans la direction du champ, un électron, négatif, en direction opposée.

Si il y a à la fois des champs magnétiques et électriques, le mouvement des ions et des électrons devient compliqué. Cela sera vu dans une section ultérieure.