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La tension électrique, sa mesure

Exercices sur le chapitre

rappel 5°. vous avez vu que..:Pour tester si une lampe fonctionne on la place sur la pile plate.
La pile est le générateur du circuit.
pile plate et lampe pile ronde
Un accumulateur est aussi un générateur.
exemples: batterie voiture, "pile rechargeable".
batterie piles rechargeables
Les centrales électriques sont aussi des générateurs.
Elles créent la Tension permettant à l'électricité de circuler dans les lignes dites de "hautes tensions".
centrale nucléaire
On va choisir une pile ou un générateur en fonction de son "aptitude à faire circuler le courant. Il faut donc s'informer sur la valeur en volt V  inscrite sur la notice d'utilisation du récepteur: cette valeur est appelée la tension tension d'usage d'une lampe: 12 volts tension 1,5 volts fournie par une pile tension fournie par un générateur
Sommaire
1. une nouvelle grandeur électrique: la tension
2. Mesures de la Tension aux bornes d'un dipôle 
2.1 l'unité de la tension 2.2 le voltmètre
3. Mesures de la Tension aux bornes d'un dipôle isolé
4.Tension entre les bornes d'un dipôle branché dans un circuit Série
4.1 expérience 4.2 La loi d'additivité des tensions
5. Tension entre les bornes d'un dipôle branché dans un circuit Dérivation (La loi d'unicité des tensions)

1. Une nouvelle grandeur électrique: la tension 

La tension aux bornes d'un générateur est son "aptitude à faire circuler" un courant électrique dans un circuit Fermé.

La grandeur Physique Tension (ou différence de potentiel: différence d'état électrique) se note U.
Elle se représente sur les schémas électriques par des flèches.

représentation de la tension d'un générateur

représentation de la tension d'un récepteur

Tension d'un générateur qui permet de faire circuler un courant
remarques
la flèche a le même sens que celui du courant
La lettre P représente la borne positive du générateur
La lettre N représente la borne négative du générateur
UPN: tension entre les bornes P et N
UG: tension entre les bornes du générateur
On peut indifféremment appeler la tension aux bornes du générateur
UPN ouU 

Tension d'utilisation (fournie par le générateur) pour que le récepteur "fonctionne"
remarques
la flèche a le sens inverse de celui du courant
La lettre A représente la borne positive du récepteur
La lettre B représente la borne négative du récepteur
UAB: tension entre les bornes A et B
UL: tension entre les bornes de la lampe L
On peut indifféremment appeler la tension aux bornes de la lampeL
UAB ouUL  

2. Mesure de la tension aux bornes d'un dipôle  :

2.1 l'unité de la tension

La grandeur physique TENSION  s'exprime en volts; c'est son unité de symbole :V

L'unité a ce nom en hommage à Monsieur Volta (1800) qui a inventé la première pile.
GV
gigavolt
    MV
mégavolt
    kV
kilovolt
    V
volt
    mV
millivolt
 
orage: 100 millions de volts
   
électrostatique
400000volts
    prise du secteur
tension du secteur
230volts

batterie voiture 12 volts

pile
1,5 volts
    électronique
1GV=103MV 1MV=103kV 1kV=103V 1V=10-3kV  

1mV=10-3V

exemples: 2,3 MV = 2300kV =2,3 . 103 kV          53 kV = 53000V= 5,3 . 104 V        66 mV = 0,066V =6,6 . 10-2 V

2.1 La mesure de la tension: le voltmètre
On mesure la Tension aux bornes d'un dipôle à l'aide  d'un Voltmètre

  • La grandeur physique TENSION  se mesure avec un multimètre en position voltmètre; de symbole  . Il se place en Dérivation aux bornes du dipôle.
  • Le voltmètre est un appareil polarisé:
  1. la borne positive est V 
  2. la borne négative est COM

                             bornes du voltmètre: V et COM


branchement au multimètre

3. Mesure de la tension aux bornes d'un dipôle  isolé :

Aux bornes d'un générateur isolé, il y a une tension non nulle .... Aux bornes d'un récepteur isolé, il n'y a pas de tension ! ....
générateur isolé lampe isolée
tension aux bornes d'une pile isolée tension aux bornes d'une lampe isolée

4. Tension entre les bornes d'un dipôle branché dans un circuit Série :

4.1 expérience

Situation du problème 
(enquête)

Quelles valeurs peuvent prendre les tensions dans un circuit ouvert ou fermé aux bornes du générateur, des récepteurs, de l’interrupteur ,d’un fil?

Formulation d’hypothèses
 (présomptions)

les tensions seront-elles différentes en circuit fermé et nulles en circuit ouvert ???

Vérifications expérimentales des hypothèses  (preuves)

bien distinguer le circuit Ouvert (intensité nulle) du circuit fermé (intensité non nulle)….

Dans un circuit comprenant  un générateur continu de 6V,une lampe L1, un interrupteur, une moteur M on mesure en circuit
 -Ouvert les tensions des différents dipôles et celui d'un fil
 - fermé les tensions des différents dipôles et celui d'un fil

                
Animation
circuit Ouvert circuit fermé
Ug ( UPN)= 6,1 V
Uk
( UPB)= 6,1 V 
UL ( UBC)= 0 V
UM
( UCD)= 0 V
Ufil ( UDN)  = 0 V
Ug ( UPN)= 6,1 V
Uk
( UPB)= 0 V
UL ( UBC)= 1,29 V
UM ( UCD)=
4,92 V
Ufil ( UDN)  = 0 V

 

Analyse des résultats (dénouement)

La tension aux bornes du générateur: il existe toujours une tension aux bornes d'un générateur en circuit Ouvert ou en circuit fermé

La tension aux bornes de l’interrupteur: elle est égale à celle du générateur en circuit Ouvert et est nulle en circuit fermé

La tension aux bornes des récepteurs:elle est nulle en circuit Ouvert et  est non nulle en circuit fermé. Les récepteurs se partagent la tension du générateur.

La tension aux bornes du fil: elle est toujours nulle en circuit Ouvert ou  en circuit fermé. 

Réponse au problème (verdict)

Il peut exister une tension entre deux points du circuit même s’il ne passe aucun courant (circuit ouvert)
Un élément (fil) peut être parcouru par un courant sans que la tension soit notable.

Dans un circuit SERIE on établit la loi d’additivité des tensions ( ou loi des mailles)

4.2 La loi d'additivité des tensions dans un circuit Série

Dans un circuit Série Fermé, La tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des dipôles du circuit. c'est la loi d'additivité des tensions.

applications: 

  • dans le cas du circuit précédent:
tensions aux bornes de récepteurs en Série   La tension du générateur Ug est égale à la somme des tensions de la lampe ULet du moteur UM  

soit: Ug = UL + UM  ou UPN = UBC + UCD

guirlande de noël (lampes en Série) Les 40 lampes (identiques) de tension d'utilisation (ou tension nominale) UL=6V se partagent la tension Ug de 230V du générateur soit Ug = 40 x UL
  • dans ce circuit: 
  La tension de la Pile  Ug est égale à la somme des tensions de la lampe UL, du résistor UR  et de la diode Ud

soit: Ug = UL + UR + Ud ou UPN = UBC + UCD+ UDE

 

 

5. Tension entre les bornes d'un dipôle branché dans un circuit dérivation :

Dans un circuit Dérivation Fermé, La tension aux bornes du générateur est égale à la  tension aux bornes de chaque dipôle placé en dérivation. c'est la loi d'unicité des tensions.

applications: 

  • dans ce  circuit :
    tensions aux bornes de récepteurs en dérivation
deux branches dérivées aux bornes du générateur   La tension du générateur Ug est égale à la  tensions de la lampe ULà celle aussi du moteur UM  

soit: Ug = UL = UM  ou UPN = UBC = UDE   = 6,24V
les bornes (B et D) sont reliées de même les bornes (C et E); elles sont équivalentes car elles sont dans le même état électrique soit au même potentiel.

  • dans ce circuit: 
guirlande de noël (lampes en dérivation) Les  lampes (identiques) de tension d'utilisation (ou tension nominale) UL=230V sont indépendantes.  la tension Ug de 230V du générateur est la même que celle des lampes branchées à ses bornes Ug =  UL

CONCLUSION: Le circuit dérivation est le choix exclusif dans les installations domestiques électriques!...car tous les appareils peuvent être construits avec la même tension nominale et sont indépendants dans le circuit.

Cas du circuit Mixte : toutes les lois sont applicables Animation

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