Worldlex Wiki La tension entre deux points peut être induite par l'accumulation de charges électriques (par exemple, dans un condensateur ) et par une force électromotrice (par exemple, l'induction électromagnétique dans un générateur ) . À l'échelle macroscopique, une différence de potentiel peut être générée par des processus électrochimiques (par exemple, dans des piles et des batteries), l' effet piézoélectrique induit par la pression , l'effet photovoltaïque et l' effet thermoélectrique . La tension étant une différence de potentiel électrique, il s'agit d'une grandeur physique scalaire .
Un voltmètre permet de mesurer la tension entre deux points d'un système. Souvent, un potentiel de référence commun, tel que la masse du système, est utilisé comme l'un de ces points. Dans ce cas, la tension est souvent mentionnée en un point sans préciser l'autre point de mesure. Une tension peut être associée à une source d'énergie, ou à une perte, une dissipation ou un stockage d'énergie.
joule par coulomb , où 1 volt = 1 joule (de travail) par 1 coulomb de charge. L'ancienne définition SI du volt utilisait la puissance et le courant ; à partir de 1990, l' effet Josephson a été utilisé, et en 2019, des constantes physiques ont reçu des valeurs définies pour la définition de toutes les unités SI.La tension est désignée symboliquement par
Le potentiel électrochimique est la tension qui peut être mesurée directement avec un voltmètre. Le potentiel de Galvani qui existe dans les structures avec des jonctions de matériaux dissemblables, est également un travail par charge mais ne peut pas être mesuré avec un voltmètre dans le circuit externe (voir courant conventionnel dans un fil ou une résistance circule toujours de la tension la plus élevée vers la tension la plus basse.
Historiquement, la tension a été désignée par des termes tels que « tension » et « pression ». Aujourd'hui encore, le terme « tension » est utilisé, par exemple dans l'expression « haute tension » (HT), couramment employée dans le contexte de l'électronique automobile et des systèmes utilisant des tubes électroniques ( tubes à vide ).
Électrostatique
théorie des circuits
En analyse de circuits et en génie électrique , les modèles à éléments localisés sont utilisés pour représenter et analyser les circuits. Ces éléments sont des éléments de circuit idéalisés et autonomes utilisés pour modéliser des composants physiques.
Lorsqu'on utilise un modèle à éléments localisés, on suppose que les effets des variations de champ magnétique produites par le circuit sont suffisamment confinés à chaque élément. Sous ces hypothèses, le champ électrique dans la région extérieure à chaque composant est conservatif et les tensions entre les nœuds du circuit sont bien définies, où
Pourvu que le chemin d'intégration ne traverse pas l'intérieur d'un composant. La formule ci-dessus est identique à celle utilisée en électrostatique . Cette intégrale, dont le chemin d'intégration se situe le long des cordons de test, correspond à la mesure effectuée par un voltmètre.
Si les champs magnétiques non confinés dans le circuit ne sont pas négligeables, leurs effets peuvent être modélisés par l'ajout d'éléments d'inductance mutuelle . Cependant, dans le cas d'une inductance physique, la représentation idéale à constantes localisées est souvent précise. En effet, les champs externes des inductances sont généralement négligeables, surtout si l'inductance possède un chemin magnétique fermé . Si les champs externes sont négligeables, on constate que
La tension est indépendante du chemin suivi et présente une tension bien définie aux bornes de l'inductance. C'est pourquoi les mesures effectuées avec un voltmètre aux bornes d'une inductance sont souvent relativement indépendantes de l'emplacement des électrodes.
Volt
Analogie hydraulique
L'analogie hydraulique est un outil précieux pour comprendre de nombreux concepts électriques. Dans un tel système, le travail nécessaire pour déplacer de l'eau est égal à la différence de pression (ou chute de pression) multipliée par le volume d'eau déplacé. De même, dans un circuit électrique, le travail nécessaire pour déplacer des électrons ou d'autres porteurs de charge est égal à la différence de potentiel électrique multipliée par la quantité de charges électriques déplacées. Concernant le débit, plus la différence de potentiel (ou différence de pression de l'eau) entre deux points est grande, plus le débit entre ces points (courant électrique ou débit d'eau) est important. (Voir « puissance électrique ».)
Applications
La spécification d'une mesure de tension requiert la désignation explicite ou implicite des points de mesure. Lors de l'utilisation d'un voltmètre, une borne de l'appareil doit être connectée au premier point et l'autre au second.
Le terme « tension » est couramment utilisé pour décrire la chute de tension aux bornes d'un composant électrique (comme une résistance). Cette chute de tension correspond à la différence de potentiel entre les deux bornes du composant et une masse. Deux points d'un circuit électrique reliés par un conducteur idéal sans résistance et hors de tout champ magnétique variable présentent un potentiel nul. Deux points quelconques de même potentiel peuvent être reliés par un conducteur sans qu'aucun courant ne circule entre eux.
Addition des tensions
La tension entre A et C est la somme de la tension entre A et B et de la tension entre B et C. Les différentes tensions dans un circuit peuvent être calculées à l'aide des lois de Kirchhoff .
En courant alternatif (CA), il convient de distinguer la tension instantanée de la tension moyenne. Les tensions instantanées peuvent s'additionner pour le courant continu (CC) et le courant alternatif, mais l'addition des tensions moyennes n'est pertinente que pour des signaux de même fréquence et de même phase.
Instruments de mesure
Les instruments de mesure de tension comprennent le voltmètre , le potentiomètre et l' oscilloscope . Les voltmètres analogiques, tels que les modèles à cadre mobile, fonctionnent en mesurant le courant traversant une résistance fixe, qui, selon la loi d'Ohm , est proportionnel à la tension à ses bornes. Le potentiomètre fonctionne en équilibrant la tension inconnue avec une tension connue dans un pont de potentiel . L'oscilloscope à rayons cathodiques fonctionne en amplifiant la tension et en l'utilisant pour dévier un faisceau d'électrons de sa trajectoire rectiligne ; la déviation du faisceau est alors proportionnelle à la tension.
Tensions typiques
En Amérique du Nord, la tension courante fournie par les compagnies d'électricité aux consommateurs est de 110 à 120 volts (CA), tandis qu'en Europe, elle est de 220 à 240 volts (CA). La tension dans les lignes de transport d'électricité, utilisées pour distribuer l'électricité produite par les centrales, peut être plusieurs centaines de fois supérieure à celle des lignes de consommation, généralement de 110 à 1 200 kV (CA).
La tension utilisée dans les lignes aériennes pour alimenter les locomotives ferroviaires est comprise entre 12 kV et 50 kV (CA) ou entre 0,75 kV et 3 kV (CC).
Potentiel de Galvani vs. potentiel électrochimique
Histoire
Le terme « force électromotrice » a été utilisé pour la première fois par Volta dans une lettre à Giovanni Aldini en 1798, puis est apparu pour la première fois dans un article publié en 1801 dans les Annales de chimie et de physique . Volta entendait par là une force qui n’était pas une force électrostatique , mais plus précisément une force électrochimique . Le terme a été repris par Michael Faraday dans le cadre de l’induction électromagnétique dans les années 1820. Cependant, à cette époque, aucune définition claire de la tension ni méthode de mesure n’avaient été établies. Volta distinguait la force électromotrice (f.é.m.) de la tension (différence de potentiel) : la différence de potentiel observée aux bornes d’une pile électrochimique en circuit ouvert doit compenser exactement la f.é.m. de la pile pour qu’aucun courant ne circule.