La tension électrique
La tension électrique représente la circulation des charges électriques le long d’un circuit électrique.
- Qu’est-ce que la tension électrique ?
- Comment mesure-t-on la tension électrique ?
- Quelles sont les lois qui régissent la tension électrique ?
Qu’est-ce que la tension électrique ?
La tension (notée U) correspond à la circulation du courant électrique dans un circuit. Il s’agit de la source du courant électrique.
C’est une grandeur électrique dont la valeur est toujours positive et dont l’unité est le volt (V).
Tension continue et tension alternative
La valeur de la tension électrique aux bornes d’une pile est constante au cours du temps ; c’est une tension continue.
La valeur de la tension électrique aux bornes d’un générateur basse fréquence (GBF) varie au cours du temps ; c’est une tension alternative.
On peut visualiser l’évolution de la tension électrique au cours du temps à l’aide d’un oscilloscope. Le graphique obtenu se nomme oscillogramme.
- Oscilloscope
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L’oscilloscope est un appareil utilisé pour mesurer et visualiser la variation de la tension électrique au cours du temps.
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Lire et exploiter les caractéristiques d’une tension sinusoïdale
La tension sinusoïdale a la particularité d’avoir un motif élémentaire qui se répète avec un intervalle régulier (période).
Sur l’oscillogramme représentant une tension sinusoïdale, on peut :
- en abscisse, lire sa période (T) et calculer sa fréquence (f)
- en ordonnée, lire la tension maximale (Umax) et calculer la tension efficace (Ueff)
- Motif élémentaire
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Un motif élémentaire est la plus petite partie d’une courbe qui se répète pour former cette dernière.
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- Forme sinusoïdale
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Une forme sinusoïdale est la forme d’une courbe représentative des fonctions sinus ou cosinus. Cette courbe est appelée sinusoïde.
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- Calcul de la période :
Pour une sensibilité horizontale de 0,5 ms/division (carreau), la période T s’étale sur 4 divisions. Elle vaut donc :
T = 4 divisions × 0,5 ms = 2 ms
Soit T = 0,002 s
- Calcul de la tension maximale :
Pour une sensibilité verticale de 2 V/division, la tension maximale s’étale sur 2,5 divisions. Elle vaut donc :
Umax = 2,5 divisions × 2 V = 5 V
- Calcul de la fréquence :
La fréquence correspond au nombre de fois que le motif se répète en 1 seconde. Elle s’exprime en hertz (Hz).
Formule : f = 1 T
Avec T la période (en s).
En reprenant l’exemple précédent, on obtient : f = 1 T = 10,002 = 500 Hz
- Calcul de la tension efficace :
La tension efficace est la valeur de la tension aux bornes d’un dipôle parcouru par une tension alternative sinusoïdale.
Pour la trouver, il faut diviser la valeur de la tension maximale par la constante 2 (≈ 1,414).
Formule : Ueff = Umax2
En reprenant l’exemple précédent, on obtient :
Ueff = Umax2 = 52 = 3,54 V
Comment mesure-t-on la tension électrique ?
Il est possible de connaître la valeur de la tension électrique délivrée par la source du courant (pile, générateur).
Pour cela, on doit se munir d’un voltmètre.
Que le circuit soit ouvert ou fermé, il existe une tension aux bornes du dipôle source de courant, si celui-ci fonctionne.
Lorsque l’interrupteur est fermé, le courant électrique circule et la tension aux bornes de l’interrupteur et aux bornes des fils électriques est nulle.
En revanche, si l’interrupteur est ouvert, la tension aux bornes de celui-ci est égale à la tension électrique fournie par le générateur de courant.
- Brancher en dérivation
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« Brancher en dérivation » signifie intégrer le dipôle dans un circuit électrique en créant une nouvelle branche. Le dipôle ne se place donc pas entre deux autres dipôles déjà présents dans le circuit, mais dans une nouvelle boucle en ajoutant des fils électriques pour la créer.
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- Dipôle
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Un dipôle est un composant électrique possédant deux bornes (ex : pile, résistance, bobine, ampèremètre, voltmètre, etc.).
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Quelles sont les lois qui régissent la tension électrique ?
Loi d’additivité des tensions
Énoncé : « Dans un circuit en série, la valeur de la tension électrique aux bornes du générateur est égale à la somme des valeurs aux bornes de tous les autres dipôles. »
On peut illustrer cette loi de la façon suivante :
Loi d’unicité des tensions
Énoncé : « Dans un circuit en dérivation, la valeur de la tension électrique fournit par le générateur est la même aux bornes de chacun des dipôles. »
On peut illustrer cette loi de la façon suivante :
©TP Demain 2020 (Illustrations : Florent Dal Pos/EGLEFOR)
