Tension électrique

1)Tension électrique


Notion de tension électrique:


La borne négative d'une pile possède un excès d'électrons alors que ces électrons sont en défaut à la borne positive. La grandeur qui représente la concentration des charges est appelée "potentiel électrique".
Entre les 2 bornes P et N de la pile il existe donc une "différence de potentiel" (notée V_P-V_N) ou "tension électrique" (notée U_PN)
C'est à cause de cette différence de potentiel que la pile est capable de mettre en mouvement les électrons libres, on parle alors de "force électromotrice" de la pile.

Remarque: L'altitude d'un lieu ne peut se définir que par rapport à une altitude repère (niveau de la mer, niveau d'un aérodrome...)
De même, le potentiel en un point ne peut se définir que par sa différence avec un potentiel de référence ("masse" du circuit, potentiel de la borne négative...)

  Tension entre deux points d'un circuit

Pour un circuit fermé donné, plus la force électromotrice (f.e.m.) de la pile est grande, plus le courant circulant dans le circuit est intense.
La concentration des électrons varie tout au long du circuit. C'est à la borne négative qu'elle est la plus forte et à la borne positive qu'elle est la plus faible.
Le potentiel V est maximal à la borne positive et minimal à la borne négative.
Entre deux points A et B d'un circuit on peut ainsi définir une différence de potentiel ( V_A-V_B) ou tension électrique (U_AB)

2) Mesure de la tension électrique
   Unité de tension électrique
L'unité de tension électrique est le volt (en hommage à Alessandro Volta)
Le symbole du volt est: V.

   Mesure d'une tension:
Pour mesurer une tension électrique on utilise un voltmètre. Le symbole du voltmètre est:
  Utilisation d'un voltmètre:

Pour mesurer la tension entre deux points A et B d'un circuit, on branche unvoltmètre en dérivation entre ces deux points.
La borne marquée V doit être reliée au point A et la borne marquée COM au point B. On mesure alors la tension U_AB
Si l'on ignore l'ordre de grandeur de la tension à mesurer, il est prudent de placer le voltmètre sur son plus fort calibre lors du branchement.
Il faut ensuite réduire ce calibre, si nécessaire, pour obtenir un meilleur affichage: Le bon calibre est le plus petit calibre immédiatement supérieur à la mesure.

3) Tension électrique dans les circuits

   Tension aux bornes d'un dipôle isolé.

Si la tension aux bornes d'un dipôle isolé n'est pas nulle, le dipôle est un générateur.Remarque: Une tension peut exister en l'absence de tout courant électrique.

  Tension aux bornes d'un dipôle parcouru par un courant

Si un dipôle est parcouru par un courant, une tension électrique existe entre ses bornes.Remarque: Un courant ne peut pas circuler en l'absence de tension.
Cas d'un fil de connexion:La tension entre les deux extrémités d'un bon fil de connexion est négligeable.Remarque: Le fil ne doit pas être trop long, ni trop fin. Sa résistance électrique doit être négligeable
par rapport à la résistance du reste du circuit. 

Cas d'un interrupteur:La tension aux bornes d'un interrupteur fermé estnégligeable comme la tension aux bornes d'un fil.
La tension aux bornes d'un interrupteur ouvert est égale à la tension aux bornes du générateur (circuit simple) ou à la tension aux bornes de la branche dans laquelle il est placé.
Conséquence: Lorsqu'un récepteur est relié à un générateur par de bons fils de connexion, la tension aux bornes du récepteur est égale à la tension du générateur puisqu'il n'y a pas de "chute de tension" dans les fils de connexion.

  Loi d'additivité des tensions dans un circuit en série

La tension aux bornes d'un ensemble de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun d'eux.

Dans l'exemple ci-contre:
P et A sont au même potentielB et C sont au même potentiel
D et N sont au même potentiel

U_PN = U_AD = U_AB + U_CD

  Loi d'égalité des tensions dans un circuit en dérivation

Deux dipôles branchés en dérivation aux bornes d'un générateur sont soumis à la même tension qui est celle du générateur.

Dans l'exemple ci-contre:
P, E, A et C sont au même potentielN, F, B et D sont au même potentiel

U_PN = U_EF = U_AB = U_CD

En résumé:

  Additivité des tensions dans un circuit série

La tension aux bornes d'un ensemble de dipôles en série est égale à la somme des tensions aux bornes de chacun d'eux.

  Egalité des tensions dans un circuit en dérivation.
Deux dipôles branchés en dérivation sont soumis à la même tension.

  Généralisation

Soient 3 points quelconques A, B, C d'un circuit dont les potentiels sont respectivement V_A, V_B, V_C.

U_AB + U_BC = (V_A - V_B) + (V_B -V_C)

U_AB + U_BC = V_A - V_B + V_B - V_C = V_A - V_C
U_AB + U_BC = U_AC

 4) Court-circuit
Un court-circuit se produit lorsque deux fils ayant des potentiels différents viennent en contact.
Le dipôle dont les bornes sont reliées par un conducteur estcourt-circuité.
Un dipôle court-circuité cesse de fonctionner car la tension à ses bornes devient négligeable et que le courant qui le traverse est également négligeable.
L'intensité augmente dans le circuit car la résistance électrique du court-circuit est beaucoup plus faible que celle du dipôle court-circuité.

Lorsqu'un générateur est court-circuité, le courant débité peut être très important car il n'est freiné que par la résistance interne du générateur et la résistance des fils (très faible). Ce courant peut détruire le générateurou échauffer fortement les fils jusqu'à provoquer un incendie.

Remarque: Un accumulateur a une résistance interne plus faible que celle d'une pile. Un court-circuit le détruit en très peu de temps, alors qu'une pile peut supporter un court-circuit pendant quelques secondes.