Coulomb et Ampère

[invite9137ea99]

Bonjour à tous. Deux charges électriques d'un coulomb séparées d'un mètre exercent une force de 9 milliards de newtons. Et le coulomb correspond à la quantité d'électricité qui traverse un conducteur avec une intensité d'un Ampère.
Du coup, je ne comprends pas où est l'erreur (il semble qu'il n'y en ait pas) mais je suis certain que vous allez rapidement me remettre sur de bons rails, pourquoi ne sent-on pas cette force dans les conducteurs de nos installations électriques ? Mille excuses par avance pour cette question.
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[mizambal]

Hello. Tous les atomes sont électriquement neutres

[invite9137ea99]

Merci, cela m'avait bien traversé l'esprit, mais je trouvais ce chiffre tellement "astronomique" en regard d'un simple ampère ! Mais bon, c'est tout de mème 6milliards de milliards d'électrons.. Enfin, cela permet de mieux prendre conscience des forces de la nature. Merci !

[invite9137ea99]

Cela veut-il dire aussi que lorsqu'on envoie un faisceau d'électrons dans le vide lors de telle ou telle expérience, ils sont relativement peu nombreux en nombre, sinon on serait confronté à de telles forces ? Merci.

[A voir en vidéo sur Futura]

[albanxiii]

Bonjour,

sinon on serait confronté à de telles forces ? Merci.

Qui est ce "on" ?
S'il est électriquement neutre, vous avez déjà eu la question.

Petit exercice pour vous, si vous voulez, pour vous faire une idée des ordres de grandeur : déterminez la force électrique qui s'exercerait entre deux personnes, une ayant un excès de charge électrique de 1% (autrement dit, elle perd 1% des électrons la constituant) et l'autre un déficit de 1% (idem, dans l'autre sens). Ensuite, comparez à la force de gravitation entre le Soleil et la Terre.

[gts2]

Cela veut-il dire aussi que lorsqu'on envoie un faisceau d'électrons dans le vide lors de telle ou telle expérience, ils sont relativement peu nombreux en nombre, sinon on serait confronté à de telles forces ? Merci.

Oui un faisceau d'électrons a tendance à diverger.

[XK150]

Cela veut-il dire aussi que lorsqu'on envoie un faisceau d'électrons dans le vide lors de telle ou telle expérience, ils sont relativement peu nombreux en nombre, sinon on serait confronté à de telles forces ? Merci.

Pas vraiment , puisque dans les machines de soudure par bombardement électronique , on arrive à des courants de faisceau de 0.1 A et à 2.5 MW /mm2 de puissance déposée .
https://www.bodycote.com/wp-content/...soudage_FE.pdf

[invite9137ea99]

Merci Albanxiii. C'est ce genre d'exercices qu'il vaudrait mieux généraliser à l'école, les réponses sont interpellantes et donnent du concret aux forces fondamentales et leurs rapports.
Merci XK150 pour le pdf. Impressionnant tout de même la maîtrise de la technologie par les humains !
Et merci aux autres, vos réponses m'ont remis dans le droit chemin. Bon dimanche.

[lodeli]

Bonjour
je suis sidéré de voir cette question et les réponses qui lui sont associées. Je fais de l'électricité depuis la nuit des temps, mais je ne me l'étais jamais posée et les résultats sont effarants.
J'ai pris mon cerveau en main et j'ai réfléchi au problème. j' aiTrouvé une explication qui n'est pas très rigoureuse mais qui ramène la situation dans des proportions plus humaines.

Déjà., Il n'est pas très logique de dire : " un coulomb = 1 A pendant une seconde" . Ça donne l'impression que le coulomb dépend du mouvement, alors que c'est l'inverse. Donc il vaut mieux :" 1 A = 1 C/s"

Ensuite, il faut prendre en compte la vitesse de déplacement du courant.
Dans un conducteur, elle est à peu près de 2.10 ^9 m/s
puisque 1 A = 1 C/s, on peut dire que le courant de 1A pendant une seconde va représenter 1 C etalé sur une distance de 2.10 ^9 m.

On peut donc évaluer la force qui sera produite sur 1 m de conducteur :
F = 9. 10^9 N * 0.2 10^-8C/m = 18 N
ça fait encore beaucoup, mais ça devient quand même plus raisonnable
(ça pourrait expliquer par exemple qu'un moteur de 10 m de câble à 1 A donne une force de 180 N)

[gts2]

Ensuite, il faut prendre en compte la vitesse de déplacement du courant.
Dans un conducteur, elle est à peu près de 2.10 ^9 m/s

On rappelle quand même que la vitesse de la lumière dans le vide n'est que de 3.10^8 m/s.

[lodeli]

Bonne Remarque

je reprends : v = 2.10 ^8 m/s
F = 9. 10^9 N * 0.5 10^-8C/m = 45 N

[XK150]

Salut ,

J'avoue que depuis le début , je n' arrive pas à suivre .....
Force de 45 N ? entre quoi et quoi ?
On a toujours appris que les électrons dans le cuivre se déplaçait lentement , comme dit ici , environ 1 mm/s :
http://www.lerepairedessciences.fr/r...lectricite.htm

[lodeli]

je me suis completement planté : j'ai confondu vitesse des ondes et vitesse des electrons. donc je retire tout
mais les 9.10^9 N entre 2 charges de 1C : ????????????

[mizambal]

Ouep Il en parle aussi là : https://fr.wikipedia.org/wiki/Vitess...ectricit%C3%A9

sauf en courant alternatif genre notre 230V ou les électrons font du sur place

Après les bouboules qui se déplace ce n'est qu'un modèle physique très simple, en vrai c plus bcp complexe que ça ...

[gts2]

mais les 9.10^9 N entre 2 charges de 1C : ????????????

C'est bien pour cela que l'on peut dire qu'usuellement, les conducteurs sont neutres (ce message #5 d'Albanxii)

[XK150]

mais les 9.10^9 N entre 2 charges de 1C : ????????????

Oui , ceci est correct : F = 9 10^9 q q' / d^2 .

Seulement , le coulomb est une unité " énorme " qui correspond à 6.241 10^18 charges élémentaires , mais ensuite je ne vois pas l'application que veut en faire l'auteur message 1 .

[lodeli]

il y a vraiment un truc qui m'echappe dans cette histoire.
pour ma tondeuse, j'ai des batteries de 5Ah. converti en C, ça donne
53600 C. si j'en met 2 face à face, elles devraient donc se repousser avec une force de 5.10^14 N
et pourtant, elles ne bougent pas

[XK150]

Une batterie ne stocke pas de charges électriques ; Un condensateur : oui .

[lodeli]

Une batterie ne stocke pas de charges électriques ; Un condensateur : oui .

fichtre ! et c'est quoi donc, dans la batterie ?

[gts2]

fichtre ! et c'est quoi donc, dans la batterie ?

Les électrons qui arrivent permettent d'effectuer des réactions chimiques : la batterie stocke donc disons du plomb qui est transformé en sulfate du plomb lorsqu'on utilise la batterie.

[lodeli]

Les électrons qui arrivent permettent d'effectuer des réactions chimiques : la batterie stocke donc disons du plomb qui est transformé en sulfate du plomb lorsqu'on utilise la batterie.

et qui envoie des electrons dans le circuit exactement comme un condensateur

[gts2]

et qui envoie des electrons dans le circuit exactement comme un condensateur

Oui vu de l'extérieur c'est "presque" pareil (presque parce la tension d'une batterie varie peu lors de la charge, alors qu'un condensateur...)
Vu de l'intérieur, c'est autre chose, dans un condensateur il y a des charges sur une plaque métallique, alors qu'il n'y a pas de charges "libres" dans une batterie.

[mach3]

Repost à propos des batteries et piles :

Bien que globalement une pile ou une batterie soit électriquement neutre (autant de charge positive que négative), il y a quelques charges positives en excès sur une borne et quelques charges négatives en excès sur l'autre borne, ce n'est pas très différent d'un condensateur. Si vous connectez un condensateur à une pile, vous aurez des charges sur les armatures. Sans condensateur c'est exactement pareil, sauf que le nombre est plus faible car la géométrie n'est pas favorable : un condensateur est conçu avec une certaine géométrie pour avoir une certaine capacité (facteur de proportionnalité entre la tension appliquée et la charge sur les armatures, Q=CU).

Dans la pile il y a des espèces chimiques, qui sont constituées de noyaux chargés positivement et d'électrons chargé négativement (des atomes, et/ou des molécules et/ou des ions, monoatomiques ou polyatomiques). Ces édifices sont maintenus par la force électrostatique. Il suffit de mettre d'un coté une certaine quantité d'espèces avides d’électrons (des oxydants) et de l'autre une certaine quantité d'espèces pouvant s'en débarrasser (des réducteurs) pour qu'une différence de potentielle apparaisse. En dehors d'une pile, si vous mettez ces deux là en contact, les électrons passent spontanément de l'un à l'autre. Faire une pile consiste à forcer les électrons à aller des réducteurs aux oxydants en passant par un fil (on les sépare avec une membrane qui va bien). La différence de potentiel dépend de trois choses : les potentiels électrochimiques intrinsèques aux espèces utilisées, leur concentration et la température.

Nous allons considérer une pile très simple, appelée pile de concentration. Cette dénomination venant du fait que la seule source de la différence de potentiel est une différence de concentration. On a un bain d'eau distillée (qu'on nommera souvent "premier bain" ci-après) et un bain de sulfate de cuivre (Cu²⁺ + SO₄^2-) concentré (qu'on nommera "deuxième bain"). Ils sont reliés entre eux par un pont, constitué d'une matière légèrement perméable aux ions. Dans chaque bain, on place une électrode de cuivre métallique.
Le simple fait qu'il y ait une différence de concentration d'ion cuivre II Cu²⁺ (atome de cuivre avec 2 électrons en moins) entre les deux compartiments suffit à générer une différence de potentiel, donc un champ électrique.

Voyons ce que se passe dans chaque élément de cette pile, indépendamment. Prenons de l'eau et une électrode de cuivre et plongeons la dedans (c'est le premier bain). Les atomes de cuivre sont des réducteurs, certains vont spontanément perdre deux électrons pour passez en solution (en quelque sorte, ils le font parce qu'ils le peuvent). On va donc avoir, rapidement, un surplus d'électrons sur l'électrode (qui va se charger négativement) et des ions cuivre II (Cu²⁺) dans la solution, sans contre-ion pour compenser (la solution se charge positivement). L'apparition de ces charges va former un champ électrique, qui va s'opposer de plus en plus à la transformation du cuivre de l'électrode en ions cuivre II, jusqu'à équilibre. Notons que le nombre d'atomes de cuivre s'ionisant ainsi est extrêmement faible, le champ électrique atteint très vite une valeur qui arrête ce phénomène : les ions cuivre II, chargés positivement, sont attirés par l'électrode chargée négativement.

Prenons maintenant une solution de sulfate de cuivre. Elle contient des ions Cu²⁺, qui sont des oxydants. Dès que des électrons sont à disposition, ils les prennent pour devenir du cuivre métallique. Si on considère cette solution seule, il n'y a qu'à l'eau et aux ions sulfates que des électrons peuvent être pris, mais leurs électrons sont très bien retenus (ce sont de mauvais réducteurs relativement au cuivre), donc la création de cuivre métallique sera extrêmement marginale (on ne parle même pas de ppm, c'est des ordres de grandeur en dessous). On peut considérer que cette solution est dans un récipient, les ions cuivres peuvent donc prendre quelques électrons aux parois du récipient (plus ou moins facile suivant la matière), mais il en résultera l'apparition d'une charge positive sur les parois et d'une charge négative dans la solution, et donc un champ électrique qui très rapidement va s'opposer à la formation de cuivre métallique. Plongeons une électrode de cuivre : même chose, on aura l'apparition d'une charge positive sur cette électrode et d'une charge négative dans la solution, et un champ électrique qui arrête le phénomène très rapidement (les ions Cu2+, chargés positivement, seront repoussés par l'électrode et n'arriveront plus à l'atteindre). Concomitamment, on aura des atomes de cuivre métallique de l'électrode qui lâcheront deux électrons pour aller dans la solution, mais cela est marginal compte-tenu de la quantité colossale d'ion cuivre déjà présent et tentant de faire l'inverse.

Nous avons alors deux demi-piles :
-de l'eau avec une électrode de cuivre, quelques ions cuivre dans l'eau responsables d'une charge positive et une charge négative correspondante sur l'électrode (rappel : ces charges sont très faibles)
-une solution aqueuse de sulfate de cuivre avec une électrode cuivre, avec une charge négative dans la solution et positive sur l'électrode à cause de quelques ions cuivre qui se sont transformé en cuivre métallique sur l'électrode

Que se passe-t-il si on relie les deux électrodes par un fil? et bien les électrons excédentaires sur la première électrode vont venir compenser le manque d'électrons sur la seconde : on aura un courant. Mais ce courant peut-il se perpétuer? non, car cela voudrait dire que les deux solutions se chargent de plus en plus : d'un coté, on a du cuivre métallique qui part dans la solution en lâchant deux électrons, ces électrons vont de l'autre coté et permettent à un ion cuivre de se fixer sur l'électrode sous forme de cuivre métallique. On a donc, là encore, un champ électrique qui s'oppose au courant : le cuivre métallique de la première électrode n'arrive plus à lâcher ses deux électrons pour devenir des ions cuivre car ces électrons sont repoussés par la charge négative trop importante dans la deuxième solution et trop attirés par la charge positive trop importante dans la première.

Que se passe-t-il si on relie les deux solutions par un pont qui laisse migrer des ions (sans mettre de fil entre les deux électrodes)? Des ions vont spontanément migrer dans le pont : des ions positifs (H+, Cu²⁺) vont se déplacer de la 1ere solution (chargée +) vers la 2e solution (chargée -), tandis que des ions négatifs (OH^-, SO₄^2- vont se déplacer dans le sens inverse. Cela fera baisser les charges des deux solutions et relancera un peu la transformation du cuivre métallique de la première électrode en ions cuivre et vice-versa de l'autre coté, mais de manière marginale car rapidement, ce sont les charges électriques qui s'accumulent sur les électrodes qui vont diriger la migration, et la stopper.
Ceci est une pile complète, non branchée à un circuit. Elle présente des charges sur ses électrodes, des charges faibles, quasiment impossibles à mesurer, mais des charges quand même. Et ces charges sont dues au fait que d'un coté le cuivre métallique ne peut que perdre des électrons pour passer en solution et que de l'autre coté les ions cuivres ne peuvent qu'en gagner pour se transformer en cuivre métallique. Ces transformations ne peuvent cependant pas se poursuivre car la présence de charges sur les électrodes annulent cette tendance.

Maintenant, en plus du pont, on place un fil entre les deux électrodes : on a une pile en court-circuit. Les électrons en trop sur la première électrode filent vers la deuxième qui manque d'électrons, simplement à cause de la force électrique (+ et - s'attirent). Cela diminue la charge électrique des deux électrodes et permet à nouveau aux atomes de cuivre de s'ioniser d'un coté et au ions cuivre de devenir du cuivre métallique de l'autre, et comme il y a le pont entre les deux compartiments, des ions migrent de l'un à l'autre ce qui fait qu'aucune charge n'apparait dans les solutions et que du coup rien de s'oppose à ce que le phénomène se poursuive. On a donc un courant permanent qui s'installe. La pile débite, elle débite très fort et il n'y a que deux phénomènes qui limitent ce débit : la résistance du fil et la viscosité dans le pont.

Petit à petit, la concentration en ions cuivre augmente dans le premier compartiment, alors qu'elle baisse dans le second. Dans le premier compartiment, il commence à y avoir des ions cuivre qui reviennent sur l’électrode pour prendre deux électrons. Dans le deuxième, le nombre d'atome de cuivre de l'électrode qui lâchent deux électrons pour aller dans la solution devient non négligeable devant ceux qui font l'inverse (leur nombre à beaucoup diminué). La pile se décharge. Elle débite de moins en moins. Jusqu'à ce que la concentration en ions cuivre II soit la même de chaque coté. Et là c'est le statu quo : des deux coté, il y autant d'ion cuivre qui prennent deux électrons pour se fixer sur l'électrode que d'atomes de cuivre de l'électrode qui lâchent deux électrons pour passer en solution : bilan nul, pas de courant.

m@ch3

[XK150]

On ne va pas refaire la théorie des piles , il y a des posts à ce sujet à retrouver .
L'analogie hydraulique est que si le courant électrique est de l'eau , la pile est une pompe hydraulique , sans plus , mais c'est déjà pas mal !

Titre volontairement explicite pour le choix suivant :https://www.wired.com/2015/02/batter...e-charge-work/

Je n'avais pas vu l'intervention de mach3 ...

[lodeli]

il y a des dizaines de types de condensateurs basés sur des principes différents (c'est ce que j'ai appris en ecole d'ingénieur et que j'ai mis en pratique pendant 40 ans)
de toutes façons , la question ici est de voir quel est l'effet théorique des charges éiectriques et pas de savoir comment elles sont stockées

[mach3]

de toutes façons , la question ici est de voir quel est l'effet théorique des charges éiectriques et pas de savoir comment elles sont stockées

Des charges de l'ordre du coulomb (et bien comprendre des excès de charges, c'est à dire un système contenant x+1 coulomb de charges positives et x coulomb de charges négatives) peuvent théoriquement engendrer des forces absolument colossales à des échelles de la vie courante ou plus petites, mais elles ne se rencontrent pas en pratique à ces échelles, parce qu'à ces forces colossales correspond un champ électrique colossal qui engendrerait bien vite un courant colossal (auquel aucun isolant ne saurait s'opposer) qui rétablirait l'équilibre des charges très rapidement.

m@ch3

[lodeli]

Je ne vois pas ou il y a quelque chose de phénoménal.
Encore une fois, une batterie de 36V-5Ah contient 18*000 C et a une énergie de 180Wh. Tout juste de quoi tondre un jardin de 400 m².
Soit 200cm² /C. Ce qui n'a rien de phénoménal.

[gts2]

Encore une fois, une batterie de 36V-5Ah contient 18*000 C.

Encore une fois NON, il y quelques pouillèmes sur les électrodes (voir message de mach3), ailleurs c'est neutre quasi jusqu'au niveau atomique (quasi car, pour avoir quelque chose de neutre, il faut prendre en compte l'ion et la cage d'ions opposés autour).
Prenons pour faire simple une pile Daniell, d'un côté Cu->Cu2+ + 2e- qui fabrique N ions, les électrons étant évacués par le fil, de l'autre Zn2+ + 2e- -> Zn, on consomme N ions, les électrons arrivant par le fil. On a toujours la même quantité d'ions positifs.
Autrement dit, la "charge" d'un accumulateur est la charge qui a traversé celui-ci (la "traversée" étant relativement compliquée, cf. de nouveau message de mach3) et non pas la charge qui est stockée.

[mach3]

une batterie de 36V-5Ah contient 18*000 C

non, elle ne contient pas 18000C. Elle a la capacité de faire passer un total de 18000C dans un circuit entre ses bornes, oui, mais ce n'est pas pour autant qu'elle contient ces 18000C. Dans la batterie, il y a autant de charges positives que négatives. En gros environ 100 000 trillions d'électrons peuvent passer d'un compartiment à un autre si on branche un circuit sur les bornes, et pendant que ces 100 000 trillions d'électrons font cela par le circuit, il y a simultanément 100 000 trillions de charges positives (en flux net) qui passent par la membrane qui sépare les deux compartiments, de façon à ce que la densité de charge de l'ensemble soit tout le temps d'à peu près 0 partout (sauf, mais très très légèrement, sur les électrodes, mais on est alors très très très loin des 18 000C sur les électrodes).

m@ch3

[mizambal]

Des charges de l'ordre du coulomb (et bien comprendre des excès de charges, c'est à dire un système contenant x+1 coulomb de charges positives et x coulomb de charges négatives) peuvent théoriquement engendrer des forces absolument colossales à des échelles de la vie courante ou plus petites, mais elles ne se rencontrent pas en pratique à ces échelles, parce qu'à ces forces colossales correspond un champ électrique colossal qui engendrerait bien vite un courant colossal (auquel aucun isolant ne saurait s'opposer) qui rétablirait l'équilibre des charges très rapidement.
m@ch3

Bah si ça existe sur Terre et se manifeste quasiment h24 ça s'appelle un nuage des fois ça crée de la foudre, mais c très gros un nuage, on sort du cadre de la définition de l'ampère qui parle d'une distance d'un mètre ... !
Mais au fait comme les charges de mm signe se repoussent, donc une charge de 1C ne peut être jamais ponctuel du coup la definition de l'Ampère qui parle d'une distance d'un mètre ne tient pas en compte le phénomène, c bizarre !
Parce qu'en pratique le nuage de charge ponctuel (d'électrons ) va s'étaler dans l'espace, donc y aura moins d'un mètre de distance entre 2 charges.
Donc la définition de l'Ampère est fausse ? Il manquait de connaissances lorsqu'il ont crée cette définition ?