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La tension électrique

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Introduction :

Sur tous les générateurs tels que les piles, les batteries, les chargeurs d’ordinateur et de portable, on nous indique la tension. Il est important de la connaître pour pouvoir choisir le générateur approprié à l’instrument électrique.
Il est dangereux par exemple de ne pas utiliser le chargeur adapté à son ordinateur, auquel cas il y a un risque d’endommager la batterie ou l’appareil électrique.
Ce cours traite donc de la tension électrique que nous définirons dans un premier temps, puis nous verrons comment mesurer la tension d’un circuit et quelle loi appliquer selon les types de montage.

Définitions

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Définition

Tension :

La tension mesurée aux bornes d’un dipôle est la différence de potentiel électrique qui existe entre les deux bornes.

Cette définition est valable dans le cadre d’un courant en « régime stationnaire », c’est-à-dire qui ne varie pas dans le temps.

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Définition

Borne :

La borne d’un composant électrique permet au courant de rentrer et de sortir.

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À retenir

La tension est le plus souvent écrite avec le symbole UU et exprimée en volts (V)(\text{V}). On la mesure avec un voltmètre.

Un voltmètre

Le symbole du voltmètre est le suivant :

Symbole du voltmètre

Mesure de la tension d’un composant

Pour mesurer la tension d’un composant électrique, il faut brancher le voltmètre en dérivation aux bornes du composant électrique.

Il faut veiller à brancher le générateur de façon à ce que la borne COM\text{COM} du voltmètre soit branchée à la borne négative de celui-ci et que la borne V\text{V} du voltmètre soit reliée à la borne positive de celui-ci.

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Attention

Si on inverse le branchement, on obtiendra une tension négative.

Dans un circuit il peut y avoir plusieurs composants électriques (encore appelés dipôles électriques). Ces composants peuvent fonctionner sous différentes tensions.

  • Par conséquent, dans un même circuit il peut y avoir différentes tensions.

Ainsi dans un circuit simple comprenant une lampe, un interrupteur et un générateur (par exemple une pile), le tout relié par des fils de connexion, il est possible de mesurer les tensions de chacun de ces dipôles électriques. Étant donné qu’on calcule une différence de potentiel électrique entre deux bornes, il faut brancher l’appareil de mesure en dérivation au niveau du récepteur qui est évalué.

mesurer la tension d'un circuit, voltmètre en dérivation

On peut voir ici que la tension aux bornes de l’interrupteur est quasi nulle.

Calcul de la tension

Calcul de la tension dans un circuit en série

Pour calculer la tension dans un circuit électrique en série, on applique la loi d’additivité.

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Propriété

Loi d’additivité des tensions :

Dans un circuit en série, la tension au borne d’un ensemble de récepteurs est égale à la somme des tensions aux bornes de chaque récepteur.
La somme des tensions aux bornes des récepteurs est égale à celle du générateur.

UG=UAB+UCD+...+UXY UG = U{AB}+U{CD} + … + U{XY}

Additivité des tensions dans un circuit en série

Calcul de la tension dans un circuit en dérivation

Pour calculer la tension dans un circuit en dérivation on applique la loi d’unicité.

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Propriété

Loi d’unicité des tensions :

Si tous les composants électriques du montage sont en dérivation, alors la tension aux bornes de chaque dipôle est la même qu’aux bornes du générateur. UG=UAB=UCD=...=UXY UG = U{AB}=U{CD} = … = U{XY}

Unicité des tensions dans un circuit en dérivation

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Attention

Dans un montage il est rare qu’il n’y ait que des composants électriques en dérivation, ou que des composants en série. Il faut donc, avant d’appliquer les règles précédentes, identifier précisément les sections en série et les sections en dérivation pour être sûr de ne pas commettre d’erreur.

Conclusion :

La tension exprime une différence de potentiel électrique entre deux points du circuit. Elle se mesure avec un voltmètre.
En fonction des montages électriques les lois des tensions ne sont pas les mêmes.
Dans un circuit en série, les tensions s’additionnent pour retrouver celle aux bornes du générateur.
Dans un circuit en dérivation, la tension est la même aux bornes du générateur et aux bornes des récepteurs.