Physique · 1ère AnnéeThème 1 : L'électricité · Chapitre 4

La tension électrique

Objectifs

À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• dire ce qu'est la tension électrique et utiliser ses unités ;
• mesurer une tension avec un voltmètre branché en dérivation, et lire un appareil à aiguille ;
• distinguer tension à vide d'un générateur et tension nominale d'un récepteur ;
• utiliser la notation UAB, la flèche-tension et le caractère algébrique de la tension ;
• appliquer la loi des mailles en série et en dérivation ;
• mesurer une tension continue à l'oscilloscope.

Situation de départ

Sur une pile on lit « 4,5 V », sur une petite lampe « 4,5 V - 0,3 A », sur un chargeur « 5 V », et les poteaux des lignes électriques portent un panneau « danger haute tension ». Que signifie ce « V » ? Une lampe marquée 4,5 V est-elle une sorte de pile ?

I. La tension électrique

Les nombres suivis de la lettre V qu'on lit sur les piles, les générateurs, les lampes ou le compteur de la STEG sont des valeurs d'une grandeur qui caractérise un dipôle : la tension électrique entre ses deux bornes.

À retenir

La tension se note U. Son unité est le volt (V). On utilise aussi :

1 kV = 1000 V 1 mV = 0,001 V
Elle se mesure avec un voltmètre.

Quelques ordres de grandeur

SituationTension
pile de lampe de poche1,5 V ou 4,5 V
batterie de voiture12 V
prise de courant (secteur)220 V à 230 V
anguille électriquejusqu'à 600 V
ligne haute tensionjusqu'à 400 000 V (400 kV)
un citron avec deux métauxquelques dixièmes de volt

II. Mesurer une tension : le voltmètre

Le voltmètre (souvent un multimètre en position V) possède deux bornes : la borne V (rouge, ou +) et la borne COM (noire, ou -), un commutateur DC / AC et des calibres. On le branche en dérivation aux bornes du dipôle, sans ouvrir le circuit.

© Mohamed — mimba-educ.com | MB-2D67A912BRANCHER LE VOLTMÈTRE+-GKVABVCOMIUABen dérivation : borne V du côté où le courant arrive© Mohamed — mimba-educ.com
Fig. 1 - Le voltmètre est branché en dérivation aux bornes de la lampe : il mesure UAB.

Branchement

• Voltmètre en dérivation : ses deux bornes sont reliées aux deux bornes du dipôle.
• Pour lire une valeur positive aux bornes d'un récepteur, on relie la borne V à la borne du dipôle par laquelle arrive le courant ; aux bornes d'un générateur, on relie V à la borne +.
• On commence par le plus grand calibre, puis on prend le plus petit calibre supérieur à la tension. Avec une aiguille : U = C × n / N.

Exemple

Voltmètre à aiguille, calibre 10 V, échelle de 100 divisions, aiguille sur la division 72 : U = 10 × 72 / 100 = 7,2 V.

Ne pas confondre

L'ampèremètre se branche en série (il faut ouvrir le circuit) ; le voltmètre se branche en dérivation (on ne touche pas au circuit).

III. Tension aux bornes d'un dipôle

1. Dipôle isolé

Branchons un voltmètre aux bornes de dipôles isolés (reliés à rien d'autre) : une pile indique environ la valeur écrite sur elle (par exemple 4,4 V pour une pile de 4,5 V) ; une lampe, un moteur, une diode, un interrupteur indiquent 0 V.

À retenir

• Un dipôle isolé qui présente une tension à ses bornes est un générateur ; sa tension à vide est appelée force électromotrice (f.e.m.).
• La tension écrite sur un récepteur est sa tension nominale : la tension à lui appliquer pour qu'il fonctionne normalement. Plus faible, il fonctionne mal ; beaucoup plus forte, il est détérioré.

Animation

2. Dans un circuit

• Circuit ouvert : aucun courant ne passe ; la tension est nulle aux bornes des récepteurs, mais pas aux bornes de la pile, ni aux bornes de l'interrupteur ouvert.
• Circuit fermé : une tension apparaît aux bornes de chaque récepteur traversé par le courant ; la tension aux bornes d'un fil ou d'un interrupteur fermé est nulle.

Tension sans courant

Il peut y avoir une tension sans courant (pile seule, interrupteur ouvert), mais pas de courant dans un récepteur sans tension à ses bornes.

IV. La tension est une grandeur algébrique

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