La tension électrique
1 La tension aux bornes d'un dipôle
Déf: Un dipôle est un dispositif comportant 2 bornes
1.1 Notion de tension électrique
A chaque point d'un circuit électrique on associe une valeur nommée potentiel électrique
(dont l'unité est le volt V).
Cette valeur dépend d'une constante arbitraire, pour éliminer cette dernière on utilise
toujours dans la pratique la tension qui est la différence de potentiel entre deux points.
Tension = Différence de potentiel entre deux points.
La tension entre les points A et B du circuit est notée UAB et vaut :
UAB=potentiel en A – potentiel en B
1.2 Entretien des oscillations d'un circuit RLC
Pour mesurer la tension entre les points A et B d'un circuit, on monte un voltmètre en
dérivation entre ces deux points.
La tension est une grandeur algébrique, cela signifie qu'elle peut être soit positive soit négative.
De plus quels que soient les points A et B d'un circuit, on a la relation : UAB= - UBA
On a vu que pour tous points A et B d'un circuit, la tension UAB était en fait égale à la
différence de potentiel entre A et B.
Par convention le potentiel en un point P est noté VP (et s'exprime en volt).
On a donc UAB = VA-VB = - (VB-VA) = - UBA
La tension est représentée par un segment fléché et la pointe de la flèche va vers la première borne citée.
Exemple :
La tension aux bornes d'un fil de connexion est nulle.
Aux bornes d'un interrupteur fermé la tension est toujours nulle, mais aux bornes d'un interrupteur
ouvert elle n'est généralement pas nulle.
1.3 Les propriétés de la tension
Cas des dipôles montés en série :
Si les deux dipôles (A, B) et (C, D) sont associés en série, alors d'après la
Loi d'additivité des tensions pour des dipôles montés en série on a : UAC=UAB+UBC.
Cas des dipôles montés en dérivation :
Si des dipôles (A, B), (C, D) sont montés en dérivation alors la tension mesurée à
leurs bornes est la même : UAB=UCD=UEF.
Qu'est ce qu'un nœud?
Un nœud est un point du circuit qui est relié au moins à 3 conducteurs, c'est une sorte de
carrefour du circuit électrique.
En dérivation ou en série?
Des dipôles sont montés en série si aucun nœud ne les sépare, ils sont donc le plus souvent sur la même ligne.
Des dipôles sont montés en dérivation si ils ont branchés entre les deux même nœuds. Pour aller de l'un
à l'autre on doit passer par un nœud.
Comment débuter un exercice comprenant le schéma d'un montage?
- Représentez toujours sur le schéma les flèches des tensions connues
- Nommez tous les points du circuit
- Recherchez les nœuds
- Distinguer alors les branchements en série et les branchements en dérivation
- N'oubliez pas d'énoncer à chaque fois que vous l'appliquez la loi des tensions à appliquer
et l'expression littérale dans le cas étudié
- Branchements d'un voltmètre: Il faut réaliser les branchements dans les "trous" V et COM
- Pour mesurer la tension UAB aux bornes d'un dipôle (A, B) on doit relier V > A et COM > B
- Si le circuit a une masse alors tous les points reliés par un fil à la masse ont un potentiel électrique nul.
2 Visualiser la tension électrique à l'aide d'un oscilloscope
2.1 Comment utiliser un oscilloscope ?
Branchements:
On relie une pile (dipôle P, N) à l'oscilloscope selon le montage.
Borne P reliée à l'entrée E de l'oscilloscope, borne N reliée à la masse M de l'oscilloscope.
Les modes de fonctionnement de l'oscilloscope :
- Mode X – Y: Un spot apparaît sur l'écran, il faut alors le placer au centre de l'écran.
En variant les piles, donc les tensions, on constate que : UEM = k * Y
- Y : la déviation du spot
- k : la sensibilité verticale de l'oscilloscope(exprimée en Volt par division, V.Div-1)
- Mode balayage : une ligne lumineuse horizontale se retrouve au même niveau que
le spot observé en mode X-Y.
2.2 Visualisation d'une tension variable
On conserve le même montage et on constate avec le mode :
- X – Y : le spot se déplace verticalement, si on augmente la fréquence un segment vertical apparaît
- Balayage : la trace n'est pas horizontale, la tension est donc variable
En mode Balayage un oscilloscope permet de voir l'évolution d'une tension dans le temps.
2.3 Relations pour une tension variable
- UMAX = Valeur extrême affichée en ordonnée sur l'oscillogramme, sensibilité verticale.
- Ueff (tension efficace)= UMAX / racine(2).
- Période T = h * X
- h= sensibilité horizontale en seconde par division,
- X : nombre de divisions correspondant à une période.
- Fréquence f = nombre de périodes par seconde.
- f= 1/ T, T s'exprime en secondes et f en Hertz (Hz).
- Tension crête à crête UCC : écart entre la valeur maximale et la valeur minimale (en Volt).
