La présence d'une charge électrique, qui peut être positive ou négative, produit unchamp électrique. Le mouvement de cette charge représente uncourant électrique, qui produit unchamp magnétique. Lorsqu'une charge est placée à un endroit où le champ électrique est non nul, uneforce s'exerce sur elle. L'ampleur de cette force est donnée par laloi de Coulomb. Si la charge électrique se déplace dans le champ, celui-ci exerce untravail sur la charge. Nous pouvons donc parler depotentiel électrique en un certain point de l'espace, qui est généralement mesuré envolts.
Thalès est le premier homme connu à avoir conduit des recherches au sujet de l'électricité.
Bien avant que l'électricité ne soit connue, l'être humain connaît les chocs provoqués par lespoissons électriques. Des textes de l'Égypte antique datant de font référence à ces poissons comme « Tonnerre duNil », et les décrivent comme les « protecteurs » de tous les autres poissons. Les poissons électriques sont de nouveau signalés des millénaires plus tard par des naturalistes et des médecinsgrecs,romains etarabes[1]. Plusieurs auteurs de l'Antiquité, tels quePline l'Ancien etScribonius Largus, attestent de l'effet anesthésiant des chocs électriques délivrés par lesMalaptéruridés et lesTorpediniformes, et savent que ces chocs peuvent se propager le long d'objets conducteurs[2]. Les patients souffrant de maladies telles que lagoutte ou demaux de tête sont invités à toucher des poissons électriques dans l'espoir que la puissante secousse les guérisse[3].
Les cultures antiques du pourtourméditerranéen savent que certains objets, tels que des baguettes d'ambre, peuvent être frottés avec de la fourrure de chat pour attirer des objets légers comme des plumes.Thalès fait une série d'observations sur l'électricité statique vers, à partir desquelles il croit que la friction rendrait l'ambre magnétique, contrairement à des minéraux comme lamagnétite, qui n'auraient pas besoin d'être frottés[4],[5],[6],[7]. Selon une théorie controversée, lesParthes auraient eu des connaissances engalvanoplastie, d'après la découverte, en 1936, de lapile électrique de Bagdad, qui ressemble à unecellule galvanique, bien qu'il ne soit pas prouvé que l'artefact soit de nature électrique[8].
L'électricité n'est guère plus qu'une curiosité intellectuelle pendant des millénaires, jusqu'en 1600, lorsque le scientifique anglaisWilliam Gilbert écritDe Magnete, dans lequel il étudie minutieusement l'électricité et lemagnétisme, en distinguant l'effet de la magnétite de l'électricité statique produite par le frottement de l'ambre[4]. Il invente le nouveau mot latinelectricus, tiré de « d’ambre » ou « comme l'ambre », deἤλεκτρον /ḗlektron, le mot grec pour « ambre », pour désigner la propriété d'attirer de petits objets après avoir été frottés[9]. Cette association donne naissance aux motsanglais « electric » et « electricity », qui apparaissent pour la première fois dans l'ouvragePseudodoxia Epidemica deThomas Browne en 1646 et sont plus tard empruntés par lefrançais pour former « électrique » et « électricité »[10],[11].
La présence d'une charge donne lieu à uneforce électrostatique : les charges exercent une force l'une sur l'autre, un effet qui est déjà connu, mais pas compris, dans l'Antiquité. Une boule légère suspendue à une ficelle peut être chargée en la touchant avec une tige de verre qui a elle-même été chargée en la frottant avec un tissu. Si une seconde balle est chargée par la même tige de verre, on constate qu'elle repousse la première : la charge éloigne les deux balles. Deux boules chargées par une tige d'ambre frottée se repoussent également. En revanche, si une boule est chargée par une tige de verre et l'autre par une tige d'ambre, les deux boules s'attirent. Ces phénomènes sont étudiés à la fin duXVIIIe siècle parCharles-Augustin Coulomb, qui déduit que la charge se manifeste sous deux formes opposées. Cette découverte conduit à l'axiome bien connu : les objets de même charge se repoussent et les objets de charge opposée s'attirent[36].
La force agit sur les particules chargées elles-mêmes, d'où la tendance de la charge à se répartir le plus uniformément possible sur une surface conductrice. L'ampleur de laforce électromagnétique, qu'elle soit attractive ou répulsive, est donnée par laloi de Coulomb, qui relie la force au produit des charges et qui a une relation inverse au carré avec la distance qui les sépare[37]. La force électromagnétique est très puissante, juste derrière l'interaction forte, mais, contrairement à cette dernière, elle agit sur toutes les distances[38],[39]. Par rapport à laforce gravitationnelle, beaucoup plus faible, la force électromagnétique qui éloigne deux électrons est 1042 fois supérieure à l'attraction de la gravitation qui les rapproche[40].
Une charge provient de certains types departicules subatomiques, dont les porteurs les plus connus sont lesélectrons et lesprotons. Une charge électrique donne naissance à une force électromagnétique, l'une des quatreforces fondamentales de la nature. La charge est une quantité conservée, c'est-à-dire que la charge nette au sein d'un système électriquement isolé restera toujours constante, quels que soient les changements qui se produisent dans ce système[41]. Au sein du système, la charge peut être transférée entre corps, soit par contact direct, soit par passage le long d'un matériau conducteur, tel qu'un fil[42].
La charge des électrons et des protons étant de signe opposé, une quantité de charge peut être exprimée comme étant négative ou positive. Par convention, la charge portée par les électrons est considérée comme négative, et celle des protons comme positive, une coutume qui trouve son origine dans les travaux deBenjamin Franklin[43]. La quantité de charge est généralement désignée par le symbole Q et exprimée encoulombs[44] ; chaque électron porte la même charge d'environ −1,602 2 × 10−19 coulomb. Le proton a une charge égale et opposée, soit +1,602 2 × 10−19 coulomb. La charge est possédée non seulement par lamatière, mais aussi par l'antimatière, chaqueantiparticule portant une charge égale et opposée à sa particule correspondante[45].
La charge peut être mesurée par un certain nombre de moyens, l'un des premiers instruments étant l'électroscope à feuille d'or, qui, bien qu'il soit encore utilisé pour des démonstrations en classe, a été remplacé par l'électromètre électronique[42].
Le mouvement d'une charge électrique est connu sous le nom decourant électrique, dont l'intensité est généralement mesurée enampères. Le courant peut être constitué de n'importe quelle particule chargée en mouvement ; le plus souvent, il s'agit d'électrons, mais toute charge en mouvement constitue un courant. Le courant électrique peut traverser certaines choses, lesconducteurs électriques, mais ne traversera pas unisolant électrique[46],[47],[48].
Par convention historique, un courant positif est défini comme circulant de la partie positive d'un circuit vers la partie négative. Le courant défini de cette manière va alors dans le « sens conventionnel ». Le mouvement des électrons dans uncircuit électrique est ainsi considéré comme allant dans la direction opposée à celle du « sens conventionnel », les électrons étant chargés négativement[49].
Le processus par lequel le courant électrique traverse un matériau est appeléconduction électrique, et sa nature varie en fonction de celle des particules chargées et du matériau qu'elles traversent. Parmi les exemples de courants électriques, on peut citer la conduction métallique, où les électrons circulent dans des conducteurs tel que le métal, et l'électrolyse, où lesions (atomes chargés) circulent dans des liquides ou dans desplasmas (étincelles électriques). Alors que les particules elles-mêmes peuvent se déplacer assez lentement, parfois avec unevitesse de dérive moyenne de seulement quelques fractions de millimètre par seconde, lechamp électrique qui les anime se propage lui-même à une vitesse proche decelle de la lumière, permettant aux signaux électriques de passer rapidement le long des fils[50],[51].
Un courant provoque plusieurs effets observables, qui permettent de reconnaître sa présence. En 1800,William Nicholson etAnthony Carlisle découvrent que l'eau peut être décomposée par le courant d'une pile voltaïque, un processus maintenant connu sous le nom d'électrolyse de l'eau. Leurs travaux sont ensuite largement développés parMichael Faraday en 1833. Le courant traversant unerésistance provoque un échauffement localisé, un effet queJames Prescott Joule étudie mathématiquement en 1840[52]. L'une des découvertes les plus importantes concernant le courant est faite accidentellement parHans Christian Ørsted en 1820, lorsque, alors qu'il prépare une conférence, il voit le courant dans un fil perturber l'aiguille d'une boussole magnétique. Il découvre ainsi l'électromagnétisme, une interaction fondamentale entre l'électricité et lemagnétisme[53]. Le niveau des émissions électromagnétiques générées par unarc électrique est suffisamment élevé pour produire des interférences électromagnétiques qui peuvent nuire au fonctionnement des équipements adjacents[54].
Dans les applications techniques ou domestiques, le courant est souvent décrit comme étant soit uncourant continu (DC), soit uncourant alternatif (AC). Ces termes font référence à la façon dont le courant varie dans le temps. Le courant continu, tel qu'il est produit par exemple à partir d'une batterie et requis par la plupart des appareils électroniques, est un flux unidirectionnel de la partie positive d'un circuit vers la partie négative[55]. Si, comme c'est le cas le plus souvent, ce flux est transporté par des électrons, ceux-ci se déplacent dans la direction opposée. Le courant alternatif est un courant qui s'inverse de manière répétée ; il prend presque toujours la forme d'uneonde sinusoïdale[56]. Le courant alternatif est donc pulsé dans un conducteur sans que la charge ne se déplace sur une distance nette dans le temps. La valeur moyenne dans le temps d'un courant alternatif est nulle, mais il fournit de l'énergie dans un sens puis dans l'autre. Le courant alternatif est affecté par des propriétés électriques qui ne sont pas observées en régime permanent de courant continu, comme l'inductance et lacapacité[57].
Lignes de champ émanant d'une charge positive au-dessus d'un conducteur plan.
Le concept dechamp électrique a été introduit parMichael Faraday. Un champ électrique est créé par un corps chargé dans l'espace qui l'entoure, et se traduit par une force exercée sur toute autre charge placée dans le champ. Le champ électrique agit entre deux charges de la même manière que lechamp gravitationnel entre deuxmasses, et il s'étend vers l'infini en présentant une relation inverse du carré avec la distance[39]. La gravité agit toujours par attraction, rapprochant deux masses, tandis que le champ électrique peut entraîner soit une attraction, soit une répulsion. Comme les grands corps tels que les planètes ne portent généralement pas de charge nette, le champ électrique à distance est généralement nul. La gravité est donc la force dominante à distance dans l'univers, bien qu'elle soit beaucoup plus faible[40]. Le champ électrique se mesure envolts parmètre[58].
Un champ électrique varie généralement dans l'espace[b] et son intensité en un point donné est définie comme la force (par unité de charge) qui serait ressentie par une charge stationnaire négligeable si elle était placée en ce point. La charge conceptuelle, appelée « charge d'essai », doit être infiniment petite pour éviter que son propre champ électrique ne perturbe le champ principal et doit également être stationnaire pour éviter l'effet deschamps magnétiques. Comme le champ électrique est défini en termes de force, et que la force est unvecteur, ayant à la fois une magnitude et unedirection, il s'ensuit qu'un champ électrique est unchamp de vecteurs[59].
L'étude des champs électriques créés par des charges stationnaires est appeléeélectrostatique. Le champ peut être visualisé par un ensemble de lignes imaginaires dont la direction en tout point est la même que celle du champ. Ce concept a été introduit par Faraday, dont l'expression « lignes de force » est encore parfois utilisée. Les lignes de champ sont les chemins qu'une charge positive ponctuelle chercherait à emprunter lorsqu'elle est forcée de se déplacer dans le champ ; il s'agit cependant d'un concept imaginaire sans existence physique, et le champ imprègne tout l'espace intermédiaire entre les lignes[60]. Les lignes de champ émanant de charges stationnaires ont plusieurs propriétés essentielles : premièrement, elles naissent à des charges positives et se terminent à des charges négatives ; deuxièmement, elles doivent pénétrer dans tout bon conducteur à angle droit ; et troisièmement, elles ne peuvent jamais se croiser ni se refermer sur elles-mêmes[61]. Un corps conducteur creux porte toute sa charge sur sa surface extérieure. Le champ est donc nul en tout point du corps[62].
Les principes de l'électrostatique sont importants lors de la conception d'équipements àhaute tension. Il existe une limite finie à l'intensité du champ électrique que peut supporter un milieu quelconque. Au-delà de cette limite, une rupture électrique se produit et unarc électrique provoque un embrasement entre parties chargées. L'air, par exemple, a tendance à former un arc à travers de petits espaces lorsque l'intensité du champ électrique dépasse 30 kV par centimètre, ce qui représente la limite de sarigidité diélectrique[63]. La manifestation naturelle la plus visible de ce phénomène est lafoudre, qui se produit lorsque la charge est séparée dans les nuages par des colonnes d'air ascendantes et que le champ électrique dans l'air est supérieur à ce qu'il peut supporter. La tension d'un grand nuage de foudre peut atteindre 100 MV et son énergie de décharge peut atteindre 250 kWh[64].
L'intensité du champ est fortement influencée par la proximité d'objets conducteurs, et elle est particulièrement forte lorsqu'elle est forcée de s'incurver autour d'objets pointus. Ce principe est exploité dans leparatonnerre, dont la pointe acérée a pour effet d'encourager le coup de foudre à se développer à cet endroit, plutôt que vers le bâtiment qu'il sert à protéger[65].
Le concept depotentiel électrique est étroitement lié à celui dechamp électrique. Une petite charge placée dans un champ électrique subit uneforce. Amener la charge à ce point, contre cette force, nécessite untravail. Le potentiel électrique en tout point est défini comme l'énergie nécessaire pour amener lentement une unité de charge d'essai d'une distanceinfinie à ce point. Il est généralement mesuré envolts, 1 volt représentant le potentiel pour 1 joule dépensé pour amener une charge de 1 coulomb depuis l'infini. Cette définition du potentiel, bien que formelle, a peu d'applications pratiques, et un concept plus utile est celui de différence de potentiel électrique, l'énergie requise pour déplacer une charge unitaire entre deux points spécifiés. Un champ électrique a la propriété particulière d'êtreconservatif, ce qui signifie que le chemin emprunté par la charge d'essai n'est pas pertinent : tous les chemins entre deux points spécifiés dépensent la même énergie, et on peut donc énoncer une valeur unique pour la différence de potentiel[66].
Pour des raisons pratiques, il est utile de définir un point de référence commun auquel les potentiels peuvent être exprimés et comparés. Bien que ce point puisse être à l'infini, une référence beaucoup plus utile est laTerre elle-même, qui est supposée être au même potentiel partout. Ce point de référence prend naturellement le nom de « terre ». La Terre est supposée être une source infinie de charges positives et négatives à quantités égales, et est donc électriquement non chargée — et non chargeable[67].
Le potentiel électrique est unscalaire, c'est-à-dire qu'il n'a qu'une magnitude et pas de direction. Il peut être considéré comme analogue à lahauteur : de la même manière qu'un objet relâché tombera d'une certaine différence de hauteur causée par un champ gravitationnel, une charge « tombera » d'une certaine différence de potentiel causée par un champ électrique. De la même manière que les cartes en relief montrent descourbes de niveau marquant les points de hauteur égale, des lignes de champ marquant des points à potentiel égal (connues sous le nom d'équipotentielles) peuvent être dessinées autour d'un objet chargé électrostatiquement. Les équipotentielles croisent toutes les lignes de force à angle droit. Elles doivent également être parallèles à la surface d'un conducteur, sinon cela produirait une force qui déplacerait les porteurs de charge pour égaliser le potentiel de la surface[68].
Le champ électrique est formellement défini comme la force exercée par unité de charge, mais le concept de potentiel permet une définition plus utile et équivalente : le champ électrique est legradient local du potentiel électrique. Généralement exprimé en volts par mètre, la direction du vecteur du champ est la ligne de plus grand potentiel, et l'endroit où les équipotentielles sont les plus proches l'une de l'autre[69].
La découverte parØrsted, en 1821, de l'existence d'unchamp magnétique autour de tous les côtés d'un fil transportant un courant électrique indique qu'il existe une relation directe entre l'électricité et lemagnétisme. De plus, cette interaction semblait alors différente des forces gravitationnelles et électrostatiques, les deux forces de la nature alors connues. La force exercée sur l'aiguille de la boussole ne la dirigeait pas vers ou à l'opposé du fil porteur du courant, mais agissait à angle droit par rapport à celui-ci[53]. Ørsted a déclaré que« le conflit électrique agit de manière tournante ». La force dépendait également du sens du courant, car si le flux est inversé, la force l'est aussi[70].
Ørsted n'a pas compris complètement sa découverte, mais il observe que l'effet est réciproque : un courant exerce une force sur un aimant, et un champ magnétique exerce une force sur un courant. Le phénomène est approfondi parAndré-Marie Ampère, qui découvre que deux fils parallèles parcourus par un courant exercent une force l'un sur l'autre : deux fils conduisant des courants dans le même sens sont attirés l'un vers l'autre, tandis que les fils contenant des courants dans des directions opposées s'éloignent l'un de l'autre. Cette interaction est médiée par le champ magnétique que chaque courant produit et constitue la base de la définition internationale de l'ampère[71].
La relation entre les champs magnétiques et les courants est extrêmement importante, car elle a conduit à l'invention dumoteur électrique parMichael Faraday en 1821. Lemoteur homopolaire de Faraday est constitué d'unaimant placé dans un bain demercure. Un courant électrique passe par un fil suspendu à un pivot au-dessus de l'aimant et plonge dans le mercure. L'aimant exerce alors une force tangentielle sur le fil, le faisant tourner autour de l'aimant aussi longtemps que le courant est maintenu[72].
Les expériences menées par Faraday en 1831 ont révélé qu'un fil se déplaçant perpendiculairement à un champ magnétique développe unedifférence de potentiel entre ses extrémités. Une analyse plus poussée de ce processus, connu sous le nom d'induction électromagnétique, lui a permis d'énoncer le principe, désormais connu sous le nom deloi de Lenz-Faraday, selon lequel la différence de potentiel induite dans un circuit fermé est proportionnelle au taux de variation duflux magnétique à travers la boucle. L'exploitation de cette découverte lui a permis d'inventer le premiergénérateur électrique en 1831, avec lequel il a converti l'énergie mécanique d'un disque tournant decuivre en énergie électrique[72].
Uncircuit électrique est une interconnexion de composants électriques permettant de faire circuler une charge électrique le long d'un chemin fermé (un circuit), généralement pour effectuer une tâche utile. Les composants d'un circuit électrique peuvent prendre de nombreuses formes :résistances,condensateurs,interrupteurs,transformateurs etcomposants électroniques. Lescircuits électroniques contiennent des composants actifs, généralement dessemi-conducteurs, et présentent généralement un comportement non linéaire, nécessitant une analyse complexe. Les composants électriques les plus simples sont ceux que l'on qualifie de passifs et linéaires : s'ils peuvent temporairement stocker de l'énergie, ils n'en contiennent aucune source et présentent des réponses linéaires aux stimuli[73].
La résistance est peut-être le plus simple des éléments de circuit passifs : comme son nom l'indique, elle résiste au courant qui la traverse et dissipe son énergie sous forme de chaleur. La résistance est une conséquence du mouvement de la charge dans un conducteur : dans les métaux, par exemple, la résistance est principalement due aux collisions entre lesélectrons et lesions. Laloi d'Ohm est une loi fondamentale de la théorie des circuits, qui stipule que le courant traversant une résistance est directement proportionnel à la différence de potentiel à ses bornes. La résistance de la plupart des matériaux est relativement constante pour une gamme de températures et de courants ; les matériaux dans ces conditions sont dits « ohmiques ». L'ohm, l'unité de résistance, a été nommé en l'honneur deGeorg Ohm, et est symbolisé par la lettre grecqueΩ (oméga). 1 ohm est la résistance qui produit une différence de potentiel de 1 volt en réponse à uncourant continu de 1 ampère[74].
Le condensateur est un développement de labouteille de Leyde et est un dispositif qui peut stocker une charge, et ainsi stocker de l'énergie électrique dans le champ résultant. Il est généralement constitué de deux plaques conductrices séparées par une fine couchediélectrique isolante ; en pratique, de fines feuilles métalliques sont enroulées ensemble, ce qui augmente la surface par unité de volume et donc la capacité. L'unité de la capacité est lefarad, nommé d'aprèsMichael Faraday et est désigné par le symbole F ; 1 farad est la capacité d'une charge de 1 coulomb qui développe une différence de potentiel de 1 volt. Un condensateur connecté à une tension d'alimentation génère initialement un courant lorsqu'il accumule une charge ; ce courant décroît toutefois au fur et à mesure que le condensateur se remplit, pour finalement tomber à zéro. Un condensateur ne permet donc pas le passage d'uncourant continu stabilisé, mais le bloque[75].
L'inducteur est un conducteur, généralement unebobine de fil, qui stocke de l'énergie dans un champ magnétique en réponse au courant qui le traverse. Lorsque le courant change, le champ magnétique change également, induisant une tension entre les extrémités du conducteur. La tension induite est proportionnelle à la vitesse de variation du courant. La constante de proportionnalité est appelée l'inductance. L'unité d'inductance est lehenry, du nom deJoseph Henry, un contemporain de Faraday. 1 henry est l'inductance qui induit une différence de potentiel de 1 volt si le courant qui la traverse change à la vitesse de 1 ampère par seconde. Le comportement de l'inducteur est, à certains égards, inverse de celui du condensateur : il laisse passer librement un courant qui ne change pas, mais s'oppose à un courant qui change rapidement[76].
Étant donné que l'énergie électrique ne peut pas facilement être stockée en quantités suffisantes pour répondre à la demande à l'échelle nationale, il faut produire à tout moment exactement la quantité nécessaire, ce qui oblige les compagnies d'électricité à prévoir soigneusement leurs charges électriques et à maintenir une coordination constante avec leurs centrales. Une certaine quantité de production doit toujours être maintenue en réserve pour protéger le réseau électrique contre les perturbations et les pertes inévitables[79].
L'énergie éolienne revêt une importance croissante dans de nombreux pays.
L'ampoule à incandescence, une des premières applications de l'électricité, fonctionne pareffet Joule : le passage d'un courant électrique à travers une résistance électrique produit de la chaleur.
L'électricité est un moyen très pratique de transférer l'énergie, et elle est adaptée à un nombre énorme et croissant d'utilisations[87]. L'invention d'unelampe à incandescence pratique dans les années 1870 a fait de l'éclairage l'une des premières applications publiques de l'énergie électrique. Bien que l'électrification ait apporté avec elle ses propres dangers, le remplacement des flammes nues de l'éclairage au gaz a considérablement réduit les risques d'incendie dans les maisons et les usines[88].
L'effet Joule résistif employé dans les ampoules à filament est également utilisé plus directement dans lechauffage électrique. Bien qu'il soit polyvalent et contrôlable, il peut être considéré comme un gaspillage, puisque la plupart de la production d'électricité a déjà nécessité la production de chaleur dans une centrale électrique[89]. Un certain nombre de pays, comme leDanemark, ont adopté une législation limitant ou interdisant l'utilisation du chauffage électrique résistif dans les nouveaux bâtiments[90]. L'électricité reste cependant une source d'énergie très pratique pour le chauffage et laréfrigération, laclimatisation et lespompes à chaleur représentant un secteur croissant de la demande d'électricité pour le chauffage et la climatisation, dont les effets sont de plus en plus pris en compte par les services publics d'électricité[91],[92].
L'électricité est utilisée dans lestélécommunications, et letélégraphe électrique, dont la démonstration commerciale faite en 1837 parWilliam Fothergill Cooke etCharles Wheatstone avecleur système est l'une de ses premières applications. Avec la construction des premiers systèmes télégraphiques transcontinentaux, puistransatlantiques, dans les années 1860, l'électricité permet de communiquer en quelques minutes à travers le monde[93]. Lafibre optique et la communication par satellite ont pris une part du marché des systèmes de communication, mais on peut s'attendre à ce que l'électricité reste un élément essentiel du processus[94],[95].
Les effets de l'électromagnétisme sont le plus visiblement employés dans lesmoteurs électriques, qui fournissent de l'énergie motrice propre et efficace. Un moteur stationnaire, tel qu'unwinch, est facilement alimenté en énergie, mais un moteur qui se déplace avec son application, tel qu'unvéhicule électrique, est obligé soit de transporter une source d'énergie, telle qu'une batterie, soit de capter le courant d'un contact glissant, tel qu'unpantographe. Les véhicules à moteur électrique sont utilisés dans les transports en commun, tels que les bus et les trains électriques, et un nombre croissant de voitures électriques à batterie en propriété privée[96],[97].
Les dispositifs électroniques utilisent letransistor, qui est peut-être l'une des inventions les plus importantes du vingtième siècle et un élément fondamental de tous les circuits modernes[98]. Uncircuit intégré moderne peut contenir plusieurs milliards de transistors miniaturisés dans une région de quelques centimètres carrés seulement[99].
Unetension électrique appliquée à un corps humain provoque uncourant électrique à travers les tissus, et bien que la relation ne soit pas linéaire, plus la tension est élevée, plus le courant est important[100]. Le seuil de perception varie avec lafréquence d'alimentation et avec le trajet du courant, mais il est d'environ 0,1 à 1 milliampère à la fréquence duréseau électrique, bien qu'un courant aussi faible que 1 microampère puisse être détecté comme un effet d'électrovibration dans certaines conditions[101]. Si le courant est suffisamment élevé, il peut provoquer des contractions musculaires, une fibrillation cardiaque et des brûlures des tissus[100]. L'absence de signe visible indiquant qu'un conducteur est soustension électrique fait de l'électricité un danger particulier. La douleur causée par un choc électrique peut être intense, ce qui fait que l'électricité est parfois utilisée comme méthode detorture. La mort causée par un choc électrique est appeléeélectrocution. L'électrocution est encore le moyen d'exécutions judiciaires dans certaines juridictions, bien que son utilisation devienne de plus en plus rare[102].
L'électricité n'est pas une invention humaine, et elle peut être observée sous plusieurs formes dans la nature, dont la plus connue est probablement lafoudre. De nombreuses interactions familières au niveau macroscopique, comme letoucher, lafriction ou lesliaisons chimiques, sont dues à des interactions entre des champs électriques à l'échelle atomique. Lechamp magnétique terrestre proviendrait d'une dynamo naturelle de courants circulant dans lenoyau de la planète[103]. Certains cristaux, comme lequartz, ou même lesucre, génèrent une différence de potentiel à travers leurs faces lorsqu'ils sont soumis à une pression externe. Ce phénomène est connu sous le nom depiézoélectricité, du grecπιέζω /piézô, « presser », et est découvert en 1880 parPierre etJacques Curie. L'effet est réciproque, et lorsqu'un matériau piézoélectrique est soumis à un champ électrique, une petite modification des dimensions physiques se produit[104].
Certains organismes, tels que les requins, sont capables de détecter et de réagir aux variations des champs électriques, une capacité connue sous le nom d'électroperception, tandis que d'autres, qualifiés d'électrogéniques(en), sont capables de générer eux-mêmes des tensions pour chasser ou se défendre. L'ordre desGymnotiformes, dont l'exemple le plus connu est l'anguille électrique, détecte ou assomme ses proies grâce à des tensions élevées générées par des cellules musculaires modifiées appeléesélectrocytes[2],[3]. Tous les animaux transmettent des informations le long de leurs membranes cellulaires par des impulsions de tension appeléespotentiels d'action, dont les fonctions incluent la communication par le système nerveux entre lesneurones et lesmuscles[105]. Un choc électrique stimule ce système et provoque la contraction des muscles[106]. Les potentiels d'action sont également responsables de la coordination des activités dans certaines plantes[105].
Au fur et à mesure que le public se familiarise avec l'électricité en tant qu'élément vital de laseconde révolution industrielle, les personnes qui la manipulent sont plus souvent présentées sous un jour positif, comme les ouvriers qui« touchent la mort au bout de leurs gants alors qu'ils coupent et recoupent les fils alimentés » dans le poèmeSons of Martha (1907) deRudyard Kipling.Walt Whitman inaugure une poésie de la modernité qui« chante le corps électrique » (I sing the Body Electric[110]). Lesvéhicules électriques de toutes sortes occupent une place importante dans lesrécits d'anticipation tels que ceux deJules Verne et les livres deTom Swift. Les maîtres de l'électricité, qu'ils soient fictifs ou réels — y compris des scientifiques tels queThomas Edison,Charles Proteus Steinmetz ouNikola Tesla — sont généralement considérés comme ayant des pouvoirs de sorciers[111]. L'électricité ayant cessé d'être une nouveauté pour devenir une nécessité de la vie quotidienne dans la seconde moitié duXXe siècle, la culture populaire ne lui accorde une attention particulière que lors depannes électriques, un événement qui est généralement le signe d'une catastrophe. Les personnes qui la maintiennent en fonction, comme le héros sans nom de la chanson deJimmy WebbWichita Lineman (1968), sont encore souvent présentées comme des personnages héroïques aux allures de sorciers[111].
Les films deDavid Lynch interrogent« la vie comme unmontage électrique » : dèsThe Grandmother (1970),« tout s'enchaîne parconduction magique, à l'image d'une interrogation d'enfant sur l'électricité : pourquoi, quand on appuie sur unbouton au mur, cela fait-il tomber la lumière du plafond ? »[115].
↑Il n'est pas certain que Franklin ait réalisé l'expérience lui-même, bien qu'elle lui soit généralement attribuée.
↑Presque tous les champs électriques varient dans l'espace. Le champ électrique entourant un conducteur plan d'étendue infinie, dont le champ est uniforme, constitue une exception.
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