Physique-Chimie au Collège

I – Définition

La tension électrique correspond à la différence « d’état électrique » entre deux points d’un circuit.

L’unité de la tension est le Volt et son symbole est V.

On note souvent la tension U  (exemple : U = 4,5 V aux bornes d’une pile plate)

On utilise souvent des multiples pour exprimer la tension électrique :

• Les faibles tensions s’expriment en millivolts (mV):   1 mV = 0,001 V
• Les fortes tensions s’expriment en kilovolts (kV):       1 kV = 1000 V

De nombreux appareils portent une indication de tension (piles, lampes, électroménager, …).

II – La mesure de la tension électrique

Une tension électrique se mesure à l’aide d’un voltmètre dont le symbole est :

Le Voltmètre se branche en dérivation sur l’appareil dont on souhaite connaître la tension.

• Il faut positionner le sélecteur du voltmètre dans la zone V et sur le calibre le plus élevé quitte à réduire le calibre pendant la mesure pour avoir une valeur plus précise.
• Il faut relier la borne V du voltmètre du côté du pôle plus de la pile.
• Il faut relier la borne COM du voltmètre du côté du pôle moins de la pile.

Remarques :

Il existe toujours une tension aux bornes d’un générateur isolé.

Il n’existe pas de tension aux bornes d’un dipôle récepteur isolé (lampe, DEL,…).

Dans un circuit fermé, il existe une tension entre les bornes des dipôles récepteurs traversés par le courant, mais la tension aux bornes d’un fil de connexion ou d’un interrupteur fermé est nulle.

Une tension peut exister dans un circuit ouvert, c’est le cas aux bornes d’un interrupteur ouvert.

Dans un circuit ouvert, la tension aux bornes de l’interrupteur est égale à celle du générateur.

Il peut donc y avoir danger, même en l’absence de courant !

III – Tension électrique dans un circuit en série.

Expérience :

Nous allons mesurer la tension aux bornes des différents dipôles du circuit suivant :

Les résultats sont les suivants :Observations.

Nous remarquons que : U_pile = U_L +U_R

Conclusion : Loi d’additivité des tensions

Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles.

Plus généralement, la tension entre les bornes de l’association en série de plusieurs dipôles est égale à la somme des tensions entre les bornes de chacun des dipôles.

Exemple :

Dans ce cas, U_AD = U_AB  +  U_BC  +  U_CD  =  U_M  +  U_R  +  U_L

IV – Tension électrique dans un circuit avec dérivations.

Expérience.

Nous allons mesurer la tension aux bornes des différents dipôles du circuit suivant :

Les résultats sont les suivants :

Observation.

Nous remarquons que :  U_pile = U_L = U_R

Conclusion : Loi d’unicité de la tension

La tension est la même aux bornes de deux dipôles placés en dérivation.

Bilan

V – Adaptation générateur-récepteur

On ne branche pas n’importe quelle lampe sur n’importe quelle pile. Quelles sont les conditions à respecter ?

Que signifient les indications qui figurent sur le culot d’une lampe ?

Le culot d’une lampe porte généralement deux indications : ex ( 6V ; 100 mA )

• La tension indiquée est appelée tension nominale de la lampe.
• L’intensité indiquée est appelée intensité nominale de la lampe.

Pour qu’un générateur et une lampe soient adaptés, il faut que la tension aux bornes du générateur soit voisine  de la tension nominale de la lampe.

Si la tension délivrée par le générateur est supérieure à la tension nominale de la lampe, celle-ci est en surtension (elle peut être rapidement détruite).

Si la tension délivrée par le générateur est inférieure à la tension nominale de la lampe, celle-ci est en sous-tension.

Remarque : Si la tension appliquée aux bornes d’une lampe est égale à la tension nominale, alors l’intensité du courant qui circule dans la lampe est  égale à l’intensité nominale.

Générateurs associés en série

Il est souvent nécessaire d’associer plusieurs générateurs (surtout les piles) pour faire fonctionner des appareils électriques.

Les appareils à pile utilisent souvent plusieurs piles identiques. Il faut les disposer selon les indications de l’appareil.

Expérience : On associe 3 piles en série ; mesurons alors la tension aux bornes de l’association de piles après avoir mesuré la tension aux bornes de chaque pile.

On remarque que : U_association = U_pile1 + U_pile2 + U_pile3

Conclusion :

Lorsque des générateurs sont associés en série et en concordance (borne + de la première reliée à la borne – de la suivante…), leurs tensions s’ajoutent. On obtient un générateur équivalent.

Remarque : si on inverse le branchement d’une des piles, elle sera montée en opposition avec les autres et il faudra soustraire sa tension.

Pour s’entraîner, voici un quiz complet sur la tension électrique :