Tension électrique

Tension électrique

1. Notion

1. Mise en évidence

La tension est une différence d’état électrique ou de potentiel électrique (d.d.p) entre deux points. Elle produit un courant électrique lorsque ces deux points sont reliés entre eux par une chaîne de conducteurs.

Par exemple La borne négative d’une pile possède un excès d'électrons alors que ces électrons sont en défaut à sa borne positive. une tension existe entre ses bornes.

1. Définition de la tension électrique

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. Unité

La tension comme le potentiel électrique s'exprime en Volt (V).

Remarque : La tension est une grandeur algébrique 

En effet si  V_A>V_B alors U_AB>>0  et  V_A<V_B => U_AB><0

3. Représentation d’une tension aux bornes d’un dipôle:

Il existe deux conventions pour représenter positivement la tension au bornes d’un dipôle selon que celui-ci est un générateur ou récepteur de courant électrique

1. Convention générateur            

G est un générateur, la tension entre ses bornes est positivement orientée dans le même sens que la circulation du courant c'est-à-dire de N vers P. Le courant sort  par

la borne positive du générateur.

2. Convention récepteur

D est un dipôle récepteur de courant électrique. La tension entre ses bornes est positive lorsqu’elle est  orientée dans le  sens contraire que celui de la circulation du courant c'est-à-dire de A vers B.

4. Mesure d'une différence de potentiel

Elle se fait avec un voltmètre. Parfois, on utilise un oscilloscope qui permet de visualiser une  tension variable (dont la valeur change en fonction du temps).

1. Symbole du voltmètre :
2. Principe de lecture du voltmètre :

Il doit être monté en dérivation en respectant les polarités. Le principe est le même que celui de l’ampèremètre 
U=nCN  où C; calibre utilisé ;n : nombre de divisions correspondant à l’arrêt de l’aiguille ; N ; nombre total de division 

Lois des tensions dans un circuit :

1. 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.

• Exemple : 

Considérons le circuit série suivant : d’après la loi d’additivité des tensions :

U_PN+U_NB+U_BC+U_CA+U_AP=0 ; 

U_NB =0 et U_AP=0 (il n’y a aucun dipôle entre ces bornes)

⇒ U_PN +U_BC+U_CA =0 

⇒ U_PN =-U_BC-U_CA  c.-à-d. : U_PN =U_AC  +U_CB 

2. Loi d'égalité des tensions dans un circuit en dérivation (circuit parallèle) :

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

• Exemple :

 Considérons le circuit parallèle suivant : d’après la loi d’unicité des tensions :

U_AB=U_PN=U₁=U₂

3. Exercices d’applications :

• Exercice 1 :

Pour vérifier la tension aux bornes d’un générateur « marqué  12 V », on dispose d’un voltmètre de calibre  5V ; 15V ; 30V ; possédant une graduation de 150 divisions. 

Quel calibre doit –on utiliser ? Quelle  division indiquera  l’aiguille 

• Exercice 2 :

 Des mesures de tension effectuées sur le montage représenté ci-dessous 

donnent :

                   U_PN= 4,50V ;  et  U_BC = 2,1 V. 

1) Que vaut U_AC ? Calculer U_AB.

2) Quelle est la valeur de U_DE ?

2. Principe de l’oscilloscope

Pour étudier les tensions variables, on peut utiliser un oscilloscope 

Le but est d'obtenir une courbe représentant les variations de la tension en fonction du temps.  

1. Exemples de tensions variables

2. Caractéristiques des tensions alternatives

1. Amplitude d'une tension alternative 

L'amplitude U_m d'une tension alternative est  sa valeur maximale .On la calcule en multipliant le déplacement vertical maximal du spot (en cm) par le gain(ou sensibilité horizontale k (en V/cm)

• Par exemple ci-contre on observe une déviation maximale de X= 3 cm (ou 3 divisions).

• Si la sensibilité est k=2 V/div la tension maximale est U_m = k.X  

AN : U_m = 2V x 3  = 6 V

2. Période et fréquence d'une tension alternative

Une tension alternative est périodique .Elle reprend la meme valeur au bout d’un intervalle de temps appelé période (T).
On la calcule en multipliant la longueur d'un motif sur l'écran (en cm ou div), par exemple la distance horizontale entre deux maxima successifs de la courbe, par la valeur du balayage (en s/cm ou en ms/cm).

Par exemple ci-contre on observe une longueur de motif deX’= 4 div .
Si le temps de balayage est k’=5 ms/div, la période est T = k’.X’ AN : T=5 x 4 = 20 ms  

La fréquence est le nombre de période par seconde. C’est l'inverse de la période. On l'exprime en hertz (symbole: Hz)

Si T = 20 ms = 2 x 10^-2 s, la fréquence est f = 1 / (2 x 10^-2 s) = 50 Hz