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3 . L E S T E N S I O N S • 67 INRACI/SMS - Elec3chap03_Tensions.fm - 17/10/01

3 . L E S T E N S I O N S • 67 INRACI/SMS - Elec3chap03_Tensions.fm - 17/10/01 - http://go.to/elek Le "volt". Sans doute le mot électrique le plus connu et pourtant un des plus difficiles. Mais cela vaut la peine de s’y attarder car c’est lui et lui seul qui permet tout les autres. Les tensions 3 Le mot “volt” est un mot connu mais il cache une notion compliquée. En effet, la tension est incontestablement la notion la plus difficile de ce cours. Heureu- sement, une compréhension superficielle suffit pour faire de l’électricité. Comprendre à quoi sert la tension, comment on la mesure et comment on la calcule ne demande pas de comprendre ce qu’est vraiment une tension ni comment on la produit. C’est pourquoi, ce chapitre va définir la tension en deux temps : tout d’abord une approche concrète, qui ne dira pas ce qu’est la tension mais plutôt à quoi elle sert et comment on l’utilise. C’est l’approche que tous les électriciens connaissent (cf page suivante). Ensuite, ce chapitre tentera une approche plus physique de la tension électrique (voir § 3.3. p.74). C’est elle qui permettra de définir mathématiquement la tension et son unité. Objectifs de ce chapitre : • connaître les 2 définitions de la tension et de son unité • connaître les 3 cond. de fonctionnement d’un circuit • Résoudre un exercice de niv. 6 autour de la définition mathématique de la tension • Calculer une tension dans un circuit en utilisant la loi des tensions CHAPITRE 3 3 . L E S T E N S I O N S A P P R O C H E C O N C R È T E D E L A T E N S I O N • 68 INRACI/SMS - Elec3chap03_Tensions.fm - 17/10/01 - http://go.to/elek 3.1. Approche concrète de la tension 3.1.1. Pas de courant sans tension ! Dans un fleuve, les gouttes se déplacent uniquement parce qu’elles sont sou- mises à la force de gravité (dans une canalisation c’est à cause de la pression). Cette force est due à une dénivellation entre l’amont et l’aval du fleuve. Sans cette dénivellation, le fleuve serait un lac. Dans un dipôle, les charges électriques d’un courant (les électrons dans le cas d’un fil électrique) se déplacent uniquement parce qu’elles sont soumises à la force électrique. Cette force est due à ce qu’on appelle en électricité une ten- sion ou une différence de potentiel entre les bornes du dipôle. Cette différence de potentiel électrique est à comparer à une différence de hauteur d’eau entre deux bacs. Ainsi, dès qu’un courant circule quelque part, c’est parce qu’il y a une tension qui existe entre l’entrée et la sortie de ce “quelque part”. Bref, sans tension... pas de courant.! Fig. 55. Quand la van- ne sera ouverte, c'est cette différence de pression qui sera à l'origine du débit d'eau du bac A vers le B... Fig. 56. Pour qu’un courant traverse un di- pôle, il FAUT qu’une tension existe ENTRE ses deux bornes. 3 . L E S T E N S I O N S A P P R O C H E C O N C R È T E D E L A T E N S I O N • 69 INRACI/SMS - Elec3chap03_Tensions.fm - 17/10/01 - http://go.to/elek Cela nous permet de définir la tension et d’ajouter une conditions de fonction- nement d’un circuit électrique. Rappel : la tension n’est qu’une des conditions de fonctionnement d’un circuit électrique. Pour qu’un courant circule, il faut également que le circuit soit fer- mé comme on l’a vu au chapitre 1 (au § 1.1.4. p.11.). La tension s’exprime en volt, et se note [V], en hommage à Allessandro Volta qui a inventé une des premières piles. On verra plus loin ce que représente exactement 1V (voir § 3.3.3. p.77). 3.1.2. Le potentiel de référence : la masse (électrique) D’après ce qui précède, on voit que la tension existe toujours entre deux points. Parler de la tension en un point d’un circuit n’a aucun sens. C’est com- me si l’on parlait de la dénivellation en un point d’un fleuve. Il serait donc pra- tique d’avoir un niveau de référence. C’est d’ailleurs ce qu’on a fait pour les dénivellations : on a un jour convenu du niveau zéro, le niveau de la mer, pour mesurer les hauteurs des montagnes. La hauteur d’une montagne n’est en fait que sa dénivellation par rapport au niveau de la mer. Dans un circuit électrique, on fait la même chose si ce n’est qu’on parle de potentiel au lieu de niveau ou de hauteur. Ainsi, on convient d’un potentiel de référence, le potentiel zéro, qu’on appelle généralement la masse, c’est-à-dire la partie métallique la plus importante, le châssis de l’appareil. La tension en- tre un point d’un circuit et la masse sera donc aussi le potentiel de ce point. Entre deux points, la tension devient ainsi une différence de potentiel, une ddp. Définition concrète de la tension : La tension est la cause du courant. Condition de fonctionnement n°3 d’un circuit électrique : Pour qu’il y ait du courant dans un dipôle, il faut une tension entre ses bornes. x On convient que la masse est au potentiel = 0V Ce point est au potentiel 2V (par rapport à la masse) Ce point est au potentiel 6V (par rapport à la masse) 2V 4V 6V Le dipôle x a une tension, ou une ddp, de 4V entre ses bornes Fig. 57. La masse d’un circuit est considérée comme le potentiel zé- ro. Les tensions de- viennent alors des dif- férences de potentiel (ddp). 3 . L E S T E N S I O N S A P P R O C H E C O N C R È T E D E L A T E N S I O N • 70 INRACI/SMS - Elec3chap03_Tensions.fm - 17/10/01 - http://go.to/elek 3.1.3. Sens et notations de la tension Schématiquement, une tension se représente par une flèche qui relie les deux points entre lesquels cette tension existe. Une tension est considérée comme positive si elle est orientée du - au +. Cela symbolise le sens dans lequel les charges positives, supposées constituer le courant, remontent la différence de potentiel. Dans un schéma électrique, les tensions se schématisent par une flèche recti- ligne à côté du circuit ou du dipôle. Lorsqu’il s’agit de la tension d’un seul dipôle ou d’un groupement de dipôles, la flèche doit alors dépasser le dipôle de part et d’autre et se note Ux où l’indice x indique le dipôle concerné. Sa taille n’a aucun lien avec la valeur de la tension. Lorsqu’il s’agit de la tension entre deux points A et B d’un circuit, la flèche va du point A au point B et se note UAB. En français, on peut parler de la tension “du” dipôle, “qui existe entre les bor- nes” du dipôle, “aux bornes” du dipôle, etc. Mais on ne peut pas dire la ten- sion “dans” le dipôle et encore moins la tension “qui rentre dans” le dipôle. Notez que la tension est une grandeur algébrique. Si elle est négative, son sens réel est dans le sens inverse de la flèche. + - 1,5V Fig. 58. La tension se schématise par une flèche du - au +. U23 A 1 2 3 4 7 5 UAB U1 UG U6 B 6 Tension"du" dipôle 1 Tension"qui existe entre les bornes du " dipôle 23 "ddp qui existe entre les points A et B" du circuit Tension"aux bornes du" générateur Fig. 59. Il y a différen- tes manières d’écrire une tension sur un schéma mais il s’agit toujours d’une flèche à côté des conducteurs. +1,5V -1,5V = 3V 3V ≠ Fig. 60. Comme le cou- rant, la tension est une grandeur algébrique : le sens réel de la ten- sion dépend du sens de la flèche et de son signe. Si la tension est négative, c’est qu’elle est en fait orientée dans l’autre sens. 3 . L E S T E N S I O N S A P P R O C H E C O N C R È T E D E L A T E N S I O N • 71 INRACI/SMS - Elec3chap03_Tensions.fm - 17/10/01 - http://go.to/elek 3.1.4. Le sens respectif du courant et de la tension Dans un dipôle, le courant circule-t-il dans le sens de la tension ou l’inverse? Autrement dit, le courant va-t-il du + au - ou du - au +? On a vu que le sens conventionnel du courant était du + au - dans les circuits (voir § 2.1.5. p.41). Mais que se passe-t-il à l’intérieur des dipôles actifs? Dans un dipôle passif, le courant circule du + au -. Par contre, dans un dipôle actif, le courant va du - au +. Remarquez qu’il ne pourrait en être autrement puisque dans un circuit fermé, le courant circule partout dans le même sens. uploads/Geographie/ elec3chap03-tensions.pdf