Apprendre l'électronique. Leçon 1: Comprendre l'électricité

Qu’est-ce que l’électricité ?

Fondamentalement, cela consiste à parler du déplacement d’électrons dans un matériau ou substance donné. Un courant se produit lorsque des électrons parviennent à sauter d’un atome à un autre. Si le déplacement de ces électrons est très facile, on appelle ça, une matière conductrice. Le cuivre est sans doute l’exemple le plus connu. Dans le cas contraire, une matière qui empêche ou rend le déplacement d’électrons très difficile, sera appelé un isolant. Le caoutchouc est un très bon exemple.

Fun fact : L’eau, assimilée à un conducteur, est complétement isolante dans sa forme distillée. Ce sont les minéraux présents dans celle-ci qui la rendent conductrice. À l’inverse, l’air est un très bon isolant, mais, comme le prouvent les éclairs, passé un certain seuil, l’air peut conduire l’électricité et servir de pont.

Une dernière famille de matériau va nous intéresser : les résistances. Ces matériaux ne sont ni très bon à conduire l’électricité, ni très bon à l’isolation. En électronique, appliquer des résistances sur le parcours de l’électricité est très utile pour de nombreuses applications comme la protection, la régulation, la stabilisation, et différents ajustements. Les materiaux les plus répandus sont fait à partir d’oxyde métallique, de céramique, ou de carbone.

le mouvement d’un électron d’un atome à un autre produit de l’électricité

Comment mesure-t-on l’électricité ?

Le courant

Il est mesuré en Ampère (A ou I) et représente la quantité d’électrons qui se déplace. Sans être parfaite, une analogie souvent utilisée avec le courant est celle du débit d’eau dans un tuyau. Plus le tuyau est large, plus la quantité d’eau le traversant est importante. Avec le courant, c’est très similaire. Plus un cable sera épais, plus le courant supporté avant qu’il ne présente de la résistance et se mette à chauffer est importante.

Le voltage

Il est mesuré en Volts (V) et représente la pression avec laquelle les électrons sont poussés. En gardant l’analogie de l’eau, pensez un voltage important tel un karcher.

La résistance

L’unité de mesure est l’Ohm dont le symbole grec est : Ω (Omega) et représente la difficulté du courant qui s’opère pour traverser un composant. Pensez cette fois à la taille d’un tuyau. Un tuyau d’arrosage présentera une plus grande résistance (ou friction) qu’une lance à incendie. Prenez ces 2 cas de figure :

• À débit d’eau contant (le courant) si vous réduisez la taille du tuyau (augmenter la résistance) cela fera augmenter la pression (la tension) entre l’entrée et la sortie du rétrécissement (Composant).
• Dans un autre cas où cette fois la pression (la tension) est constante (cas courant avec une pile), augmenter la résistance (réduire la taille des tuyaux) fera diminuer le débit (le courant).

Dans un cas comme dans l’autre, l’effet Joule se fera sentir par la production de chaleur due à la friction du passage du courant dans les cables ou composant électronique.

Les types de courant

Le courant continu (DC)

Le courant continu est celui que l’on trouve dans tous les équipements qui nous entourent. La majorité des composants électroniques que nous utilisons ont tous besoin de la stabilité d’un courant continue pour fonctionner correctement. Le courant (au niveau physique) se deplace de la borne négative à la borne positive. C’est avec ce courant que nous allons travailler lors du design de nos circuits electroniques.

Le courant alternatif (AC)

C’est le courant que l’on tire sur les prises de courant de nos maisons. Il a été choisi pour des raisons de coût lors du transport. La perte de puissance sur de longue distance est directement corrélée à la tension. Plus haute et la tension (on parle de ligne haute tension de plusieurs milliers de volts) moins la perte de puissance se fait sentir. Les transformateurs en bout de ligne qui ramenent la tension à 230 volts sont peu coûteux comparés à leurs équivalents convertissants une haute tension en courant continu.

Le courant alternatif qui sort de vos prises de courant oscille (en France) à une fréquence de 50 Hz, avec une tension efficace de 230 V, ce qui correspond à des pics de tension allant de -325 V à +325 V.

Fun fact : C’est une bataille entre Edison (DC) et Tesla (AC) qui a fait rage à l’époque. Tesla a remporté le combat grâce aux avantages indéniables lors du transport du courant alternatif.

Les piles et batteries

On a tous eu une pile entre les mains. Ces petits cylindres de metal aux extrémités marqués de + et -. Sur le marché les piles les plus connues vont avoir des noms que vous avez surement déjà entendus : AA (LR06), AAA (LR03), C (LR14), D (LR20), Pile 9V (PP3).

À part la pile 9V, la plupart des piles que vous avez eues en main ont une tension de 1.5V. D’ailleurs, même les piles 9V sont, en général, l’empaquetage de six piles 1.5V en série. La principale différence entre chacune de ces piles sera principalement caractérisé par leur Ampérage. C’est-à-dire leur capacité à, soit tenir dans la durée soit à délivrer une grosse quantité de courant.

Concernant les batteries, les plus connues seront sans doute celle de votre voiture ou celle de votre smartphone. Allant de 3V à 24V et variant massivement en taille, celles-ci se trouvent absolument de partout dans nos vies et ont en général la capacité d’être rechargeable.

Le Lithium est aujourd’hui le matériau le plus communément utilisé lorsqu’il s’agit de piles ou batteries rechargeables. Quant aux piles non rechargeables, cela tourne surtout autour du Zinc et Manganèse.

Attention : C’est à partir de 24V qu’il est généralement admis que la tension est potentiellement létale. Mais en cas de court-circuit cela change tout. Même une pile de 1.5V peut avoir des conséquences dramatiques (Notamment en cas d’incendie). De plus l’idée de poser une pile 9V sur votre langue est une mauvaise idée.’

Les transformateurs

Du fait que nos prises de courant délivrent du courant alternatif et qu’en plus celui-ci est sur une tension bien plus grande que ce dont nos petits composants électroniques ont besoin, nous avons pour habitude d’utiliser des transformateurs. Typiquement, l’alimentation avec laquelle vous chargez votre téléphone remplit ces deux fonctions : passer de courant alternatif à un courant continu et passer le courant de 230 volts à 5 volts pour un chargeur de téléphone ou 12 volts pour certain chargeur d’ordinateur portable.