CONCEPTS
ET
APPLICATIONS
DE
L'ÉLECTRICITÉ
JACQUES BEAULIEU
© Copyright 1994, 1995, 1996 Jacques Beaulieu
πάντας ἑλκύσω πρὸς ἐμαυτόν
(je tirerai (comme un aimant) tout à moi)
(Jean 12 32)
Un gros merci à ma correctrice Francine Jolicoeur, mon collègue Robert Mongeau et à mon fils Marc pour les illustrations. Hydro-Québec m'a fourni également plusieurs illustrations et informations. Louise Ross-Hechler et son mari m'ont fait de nombreux commentaires sur les sections reliées à la chimie.
Professeur au et ancien du Collège Jean-de-Brébeuf, imbu de la tradition jésuite, c'est "ad majorem Dei gloriam" (à la plus grande gloire de Dieu) que j'ai écrit ce livre.
Montréal, fête de la Transfiguration, le 6 août 1994
A.M.D.G.
TABLE DES MATIÈRES
1.1 Les connaissances électriques et magnétiques avant Gilbert 1.1
1.2 La contribution de Gilbert au magnétisme 1.2
1.3 La contribution de Gilbert à l'électricité 1.3
1.4 Conducteurs et isolants 1.4
1.5 Le modèle électrique de Franklin 1.6
1.6 Le pouvoir des pointes 1.8
1.7 La charge par influence 1.9
1.8 Charges placées dans des gobelets 1.12
1.9 La balance de torsion de Coulomb 1.13
1.10 La loi de Coulomb pour les charges ponctuelles 1.15
1.11 La loi de Coulomb pour les pôles ponctuels 1.16
1.12 Champs et forces 1.17
1.13 Le pendule électrique 1.19
1.14 Le champ résultant 1.20
1.15 Les autres travaux de Coulomb 1.21
Problèmes 1.24
Chapitre deux: Potentiel et champ
2.1 Le potentiel électrique 2.1
2.2 Potentiel électrique d'une charge ponctuelle 2.3
2.3 Potentiel résultant (charges ponctuelles) 2.5
2.4 Potentiel résultant (charges étendues) 2.6
2.7 Champ électrique d'une sphère chargée uniformément 2.11
2.8 Potentiel électrique d'une sphère chargée uniformément 2.14
2.9 Champ électrique d'un cylindre uniformément chargé 2.15
2.10 Champ électrique d'un disque épais uniformément chargé 2.19
2.11 Champ électrique de deux disques de charges opposées 2.24
2.12 La différence de potentiel entre deux surfaces planes chargées 2.25
2.13 Champ électrique proche d'une surface chargée 2.26
2.15 Électromètre à plateaux 2.29
2.16 Énergie potentielle électrique 2.31
Chapitre trois: Courant et tension électriques
3.3 Le "condensateur" de Volta 3.5
3.5 La découverte de l'électrolyse 3.8
3.7 La contribution d'Oersted 3.9
3.8 La contribution de Biot et Savart 3.11
3.9 La contribution d'Ampère 3.15
3.10 La pile thermo-électrique 3.17
3.11 Théories de l'électrolyse 3.18
3.12 Les lois de l'électrolyse 3.20
3.13 Les applications de l'électrolyse 3.21
3.14 Modèles de piles chimiques 3.21
Chapitre quatre: Champ magnétique
4.1 L'expérience de Biot et Savart 4.1
4.2 La force magnétique d'Ampère 4.3
4.4 Champ magnétique d'une bobine de courant 4.7
4.5 Le galvanomètre boussole des tangentes 4.8
4.7 Champ magnétique d'un long fil rectiligne 4.11
4.8 Champ magnétique d'un conducteur rectangulaire 4.13
4.9 Champ magnétique d'un tore 4.16
4.10 Champ magnétique d'un solénoïde 4.18
4.11 Effet d'un courant sur le fer 4.21
4.12 Galvanomètres à cadre mobile 4.22
Chapitre cinq: Lois de Kirchhoff
5.6 Potentiel électrique et courant 5.10
5.9 Résistances équivalentes 5.16
5.14 Circuits électriques 5.24
Chapitre six: Générateurs et moteurs
6.1 Les lignes de force de Faraday 6.1
6.2 Les expériences de Faraday sur l'induction 6.4
6.3 La contribution de Lenz 6.7
6.4 Interprétation mathématique des travaux de Lenz et Faraday 6.7
6.5 Cas d'un segment mobile 6.9
6.7 La bobine de Ruhmkorff 6.12
6.8 Développement des premières magnétos 6.12
6.9 Développement des premières dynamos 6.13
6.10 Les courants de Foucault 6.17
6.13 Puissance mécanique requise et électrique fournie 6.27
Chapitre sept: Inductance, capacité et le télégraphe
7.1 Le télégraphe électrique 7.1
7.2 La contribution d'Henry 7.2
7.4 Calcul de l'inductance 7.4
7.5 Champs électriques et isolants 7.7
7.7 Condensateurs équivalents 7.13
7.8 Types de condensateurs 7.14
7.9 Énergies potentielles électrique et magnétique 7.17
7.10 Les premiers câbles sous-marins 7.20
7.11 La décharge d'un condensateur à travers une résistance 7.21
7.12 La charge d'un condensateur à travers une résistance 7.23
7.13 Le câble transatlantique 7.25
7.14 Le courant de déplacement de Maxwell 7.26
Chapitre huit: Circuits à courant alternatif
8.1 Le premier circuit oscillant 8.1
8.2 Génération de courant alternatif 8.6
8.3 Représentation du courant alternatif 8.9
8.4 Effet sur une résistance 8.9
8.5 Effet sur une inductance 8.13
8.6 Effet sur un condensateur 8.16
8.8 Circuit inductance, résistance et condensateur en série 8.22
8.9 Circuit inductance, résistance et condensateur en parallèle 8.25
8.10 Transformation d'un réseau, de série à parallèle 8.27
8.11 Alimentation d'un moteur électrique 8.29
Chapitre neuf: Réseaux électriques
9.1 Organisation d'un réseau électrique 9.1
9.2 Transformateur sans charge 9.3
9.3 Le transformateur en charge 9.6
9.5 Connexions d'un transformateur de distribution 9.11
9.7 Les alternateurs rapides 9.18
9.8 Les alternateurs lents 9.20
9.9 Le transport de puissance 9.24
9.12 Lignes de très hautes tensions 9.31
Chapitre dix: Particules chargées et champs agents
10.1 L'effluve électrique 10.2
10.2 Décharges électriques dans des gaz raréfiés 10.2
10.3 Processus électriques dans les gaz 10.5
10.4 Courants de charges en mouvement 10.6
10.5 Force magnétique sur une charge en mouvement 10.7
10.6 L'expérience de sir Joseph John Thomson 10.10
10.9 Détermination de la charge de l'électron 10.13
10.10 L'oscilloscope cathodique 10.14
10.11 Spectrographes de masse 10.17
10.12 L'accélérateur linéaire 10.21
10.14 L'accélérateur Van de Graaff 10.27
Chapitre onze: Résistances et diodes
11.1 La contribution de Hall 11.1
11.2 Mouvement de charges dans les conducteurs solides 11.4
11.3 Retour sur l'expérience de Hall 11.9
11.5 Diode semi-conductrice 11.12
11.8 Diodes et galvanomètres 11.22
Appendices
A.1 Tables de constantes et multiples A.1
A.2 Centrales de la région du Haut-Saint-Laurent A.1
A.3 Centrales de la région du Bas-Saint-Laurent A.2
A.4 Centrales de la région de la Baie James A.3