vendredi 22 janvier 2010

C'est quoi la masse électrique ?


J'étais en train de rédiger un article sur le "bruit de masse" l'autre jour entre le fromage et le dessert, quand je me suis dit : "Mais au fait c'est quoi la masse ?". Ca paraît être un acquis, mais l'expliquer de façon simple, accroche toi mon coco !
En électricité, on en entend souvent parler, et elle n'a rien à voir avec la masse d'un objet (celle qui permet de calculer le poids).

La définition

Voici une définition classique, que je vais expliciter : la masse, c'est un point de référence du potentiel électrique (wiki: Masse_(électricité)). Woaw !

Qu'est-ce que ça veut dire potentiel électrique ? Eh bien, dans les sciences, on utilise des échelles de mesure pour savoir de quoi on parle. On mesure par exemple la température en degrés Celsius pour savoir s'il fait plus ou moins chaud, la vitesse en km/h, les distances en mètres (m)... En électricité, un potentiel permet de définir une sorte d'échelle de l'état électrique : plus ou moins "chargé". Cette échelle est exprimée en Volt (du nom de l'inventeur de la pile électrique Volta). La référence correspond le plus souvent au 0. Ainsi un potentiel de référence électrique, autrement dit la masse, correspond le plus souvent à 0 Volt (mais pas toujours, j'y reviendrai plus tard).

A quoi sert la masse ?

Dans un circuit électrique (un chemin si vous préférez), par elle passe la quantité d'électricité indésirable.
Prenons deux exemples :
  • dans les fils d'un montage hifi, elle permet de filtrer certains "bruits" dans le signal audio (ou son si vous préférez)
  • dans le cas d'appareils électroménagers, elle nous protège nous, les consommateurs, de défauts d'isolement
Je reviens sur le cas des appareils électroménagers. Imaginons une machine à laver. Elle est branchée au réseau électrique, et donc alimentée par du 220V (ça fait donc 220V de plus que la masse si vous avez suivi !). Si dans cette grosse boîte pleine de fils, l'un d'entre eux, connecté à la phase (celui que vous envoie du 220V dans les dents) vient à toucher la carcasse, alors si tout se passe bien, le disjoncteur se déclenche (les plombs sautent). Pourquoi ?
Parce que toute carcasse d'appareil électroménager est reliée à la masse (c'est d'ailleurs symbolisé par le dessin à gauche, que vous trouverez quelque part sur votre appareil électrique). Et évidemment si on relie un point qui est chargé à 220V et l'autre à 0V, ça fait une belle décharge, et donc les plombs ont de quoi sauter.

Si la masse n'était pas là, c'est votre corps qui ferait office de fil relié à la Terre, car votre corps conduit l'électricité. L'électricité, cette flemmarde, cherche toujours à aller vers un état plus peinard, et elle se "déchargerait" donc à travers vous pour aller vers le 0. Vous le sentiriez passer ! Et votre coupe de cheveux aussi s'en ressentirait :)







Où trouve-t-on la masse dans la vie de tous les jours ?

Facile ! Un autre nom de la masse est... la Terre ! Eh oui, la Terre est au potentiel 0. Evidemment, car si la elle avait un potentiel non nul, on aurait une énergie gratuite et illimitée à portée de main, il suffirait par exemple de brancher son chargeur de téléphone dans le sol, pas dans une prise électrique (je schématise bien sûr !).

Justement, puisque je parle de prise électrique, regardez celles qui se trouvent autour de vous :

Il y a, normalement, 2 trous et une fiche. La masse est reliée à cette fiche qui dépasse. Le courant qui alimente les appareils électriques, lui, passe par les trous, donc on ne met pas ses doigts dedans !! On peut par contre toucher sans danger la fiche de masse.


Enfin pour les bricoleurs, ceux qui relient les fils dans les prises électriques par exemple, sachez qu'un code de couleur normalisé permet de reconnaître le fil de masse : il est jaune et vert.

Enfin, sur le papier, il existe deux symboles utilisés par les gens qui dessinent les schémas électriques. Pourquoi différencie-t-on la Terre et la masse ? Eh bien la Terre est au potentiel de 0V. Si je prends la Terre comme référence, alors par définition c'est une masse. Mais si mon potentiel de référence n'est pas 0V, mais 10V (par exemple au pif !), la masse de mon circuit est à 10V, et dans ce contexte précis, la Terre n'est plus équivalente à la masse. Bon, en vrai, les deux sont très souvent équivalents ! Retenez donc que c'est pareil, pour simplifier ;)


Ça y est, la masse électrique n'a plus de secrets pour vous ?

19 commentaires:

Anonyme a dit…

Bon article pour moi qui a fait de la phyique sans me poser les bonnes questions. Dans un bateau (en polyester), les charges aprtent elles à la mer "toute seules" . La mer est elle l'équivalent de la terre ?

Alain

Am a dit…

Alors ça c'est une question qu'elle est bonne ! Et là comme ça j'ai pas de réponse vraiment satisfaisante.

En fait la mer est un conducteur, c'est notamment le sel qu'elle contient qui lui donne cette caractéristique (par opposition, l'eau distillée - eau "pure" - est un isolant).

Si elle est un conducteur, on pourrait imaginer qu'elle conduit depuis la terre (le fond, les côtes...) vers sa surface, et que donc elle est au même potentiel, mais bon, quand il y a plusieurs dizaines de mètres de fond je ne sais pas si je ne suis pas dans une grossière approximation !
Et en cherchant rapidement sur Google je n'ai pas vraiment trouvé de réponse... Je vais me rencarder et essayer de trouver plus satisfaisant :)

Amaury

Julien a dit…

Hello!

A chaud, si tu mets deux isolants en contacts ils s'échangent les charges de surfaces jusqu'à saturation. Donc si ton bateau se promène sur l'eau il ne va pas mettre longtemps a égaliser sa charge avec celle de la mer car il rencontrera constamment de nouvelles molécules d'eau. Si en plus on sait que l'eau de mer est conductrice ca me semble confirmer l'idée.

Maintenant quel est la charge de l'eau de mer? As-tu entendu des histoires de baigneurs électrocutés a la plage? Moi non et c'est pourquoi je ne pense pas que l'eau de mer soit chargée. Sinon ca serait facile de produire l'électricité, on mettrait un fil dans l'eau et un autre dans la mer et ca donnerait une pile géante.

A première vue et sans expérience je dirais que ton bateau va rapidement se décharger.

Julien

Am a dit…

Je trouve ton approche très bonne : effectivement l'histoire de la pile géante explique bien pourquoi l'eau serait à un potentiel proche de zéro.
Il n'est peut-être pas nul (il faut qq volts qd même pour se prendre une chataigne), mais sans doute pas loin.

Ju, toi qui n'est pas loin de l'eau, tu veux pas aller nous monter une petite expérience ? :)

Anonyme a dit…

Bonjour à tous
une question à laquelle je ne sais pas répondre :
Les circuits électriques prennent souvent la terre commune comme conducteur. A l’ exemple des circuits sur deux batteries différentes qui ont leur négatif à la masse commune. La terre est alors un conducteur en commun.
La question : Pourquoi les courants restent-ils distincts et ne se mélangent pas dans la terre?

Si quelqu’un a une explication, merci de m’aider.

Julien a dit…

Salut,

En physique, dans certaines expériences, on a une masse et une terre. La terre servant de poubelle a électrons qui ne reviendront jamais dans le circuit de l'expérience. Pour ioniser du gaz en le bombardant d'électrons rapides, les électrons sont ensuite jetés a la poubelle.

La terre est une poubelle, tout ce qui va dedans n'en ressort pas et tes courants ne s'en soucient plus. C'est différent de la masse qui elle peut moduler ton signal si tu la "tripote" avec une source de courant.

Si tu as un énoncé de problème, je pense que l'on pourra t'en dire plus.

Am a dit…

La masse est effectivement un lieu "commun", où les circuits se rejoignent, alors que la Terre, c'est une énorme masse si on peut dire. Statistiquement, il est possible que tes 2 circuits se retrouvent via la terre, mais les chances sont infinitésimales, car le courant peut partir dans n'importe quelle direction. C'est un peu comme les chances que 2 éclairs frappent chacun exactement au même endroit.

Anonyme a dit…

bonjour j'adore l'article , j'aimerai bien que quelqu'un puisse m'expliquer comment positionner dans un circuit les voies et les masses merci

Am a dit…

Dieu que le temps passe vite, cet article a déjà un an !
Je ne peux hélas pas t'aider pour positionner les masses, car cela est très loin, mais on peut peut être te mettre sur la voie ?

Anonyme a dit…

Malheureusement cela fait un an que cet article a paru donc notre ami Alain doit avoir oublié ce problème qu'il a posé. Mais bon, voici ma réponse:
Il faut remarquer que le courant ne se décharge pas systématiquement à la masse, il le fait quand il y a des défauts. Donc à bord des bateaux le courant ne va à la mer que lorsqu'il y a un défaut d'isolement. Et les baigneurs ne sont pas électrocutés parce que l'energie électrique a tout le temps et l'espace pour se dissiper avant d'arriver à la plage. Par contre, s'il y a décharge à la mer et qu'un poisson se trouve à proximité ... il en subira les frais.
J'espère vous avoir aidé.
Kelk1

Am a dit…

Merci pour votre commentaire Kelk1 !

On peut donc considérer la mer comme une terre? Car le cas de la dissipation se présente également avec la terre ferme: lorsque la foudre frappe le sol, si je suis trop à proximité, je peux prendre du courant par les pieds.

Amine a dit…

je ne comprends rien à cet article... je sais que la masse (ou borne négative dans une pile) a un excès d'électrons, la borne positive quant à elle, à un défaut d'électrons, le fil conducteur qui relie le + au - a des électrons libres,... la borne positive va s'accaparer les électrons du fils, pour se neutraliser électriquement, et les électrons de ce dernier vont faire de même : il va y avoir une réaction en chaîne jusqu'à ce que qu'on arrive à la borne négative, celle-ci a un excès d'électrons donc les atomes du fil vont les voler, mais la réaction ne s'arrête pas là, le (-) générera des électrons, tandis-que la borne positive continuera à avoir un défaut d'électrons pour que le courant continue de circuler !!!!! le sens de courant est de la + vers - car c'est le + qui est l'initiateur de la réaction !!! Par contre, les électrons vont de la borne - vers la +.

Pour conclure : La masse génèrent des électrons !!! quant au potentiel, on peut l'assimiler à la notion de tension, c'est la FORCE avec laquelle les électrons se déplacent, c'est une variable d'effort.

Julien a dit…

Je crois que tu confonds.

Ce que tu décris me fait penser au courant entre anode et cathode d'une pile branchée a une électrolyse. Il s'agit d'un courant continu lié aux réactions chimiques.

Dans un circuit électrique (machine a laver), le courant est alternatif et peut changer de sens entre la masse et la phase (sinusoïde de 50Hz). La caisse métallique est relié a la terre de sorte qu'en cas de court circuit, l’excès d'électrons partent a la terre. La masse ne produit pas des électrons en continu...

Concernant la "réaction en chaine",le terme est inapproprié. Les électrons d'un fil conducteur sont des fermions qui respectent la statistique de Fermi-Dirac. L'établissement d'un potentiel électrique va changer leur vecteur d'onde, créant ainsi un courant. Ceci est possible car dans un conducteur la bande de conduction est partiellement remplie, ce qui permet l'augmentation du vecteur d'onde avec l'énergie liée a la tension électrique.

Le fil d'une lampe a incandescence brille car les électrons changent de vecteur d'ondes et chauffent le fil en interagissant avec le réseau. Cette interaction est caractéristique de la résistance (impuretés, phonons,...).

Anonyme a dit…

Le poids c'est en Newton, pas en Kilogramme :)

Am a dit…

C'est vrai, je parlais du poids du langage courant, comme dans "tu peses combien" qui est effectivement en Newton. C'est ici pour vulgariser meme si ca n'est pas correct (tout comme parler de "kilometre heure" en donnant une vitesse).

Je vais remplacer l'exemple car peu de gens connaissent le Newton... et si je parle de masse en kg dans un article sur la masse electrique je vais en perdre plus d'un :)

Merci d'avoir releve en tout cas !

aristide a dit…

IL EST VRAI QUE COURAMMMENT ON UTILISE LE POIDS ET ON L4EXPRIME EN KG CE QUI ILLOGIQUE CAR IL EST EN NEWTON.
MON PERE LUI, ETANT ASTROPHYSICIEN NE SUPPORTE PAS LORSQU'IL ME DEMANDE MON POIDS QUE JE LUI REPONDE EN KG... ALORS INSTATANEMENT JE FAIS LA CONVERTION ET JE LUI REPONDS 744 N....
ce qui correspond a environ 76 kg

Am a dit…

Haha c'est pas commun ca! J'espere qu'il etait ok avec l'approximation en fonction de l'altitude et du lieu geographique :)

Anonyme a dit…

@Aristide Tu peux toujours luis donner ton poids en eV.

nickel alloys for welding a dit…

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