Tension : Qu'est-ce que c'est ?

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Champ: Électricité de base

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Qu'est-ce que la tension électrique ?

La tension électrique (également connue sous le nom de différence de potentiel électrique, force électromotrice emf, pression électrique ou tension électrique) est définie comme la différence de potentiel électrique par unité de charge entre deux points dans un champ électrique. La tension électrique est exprimée mathématiquement (c'est-à-dire dans les formules) à l'aide du symbole "V" ou "E".

Si vous recherchez une explication plus intuitive pour expliquer ce qu'est la tension électrique, passez à cette section de l'article.

Sinon, nous continuerons ci-dessous avec une définition plus formelle de la tension électrique.

Dans un champ électrique statique, le travail nécessaire pour déplacer une unité de charge entre deux points est connu sous le nom de tension électrique. Mathématiquement, la tension peut être exprimée comme suit,

$\begin{align*} Voltage = \frac{Work\,\,Done\ (W)}{Charge\ (Q)} \end{align*}$

Où le travail effectué est en joules et la charge est en coulombs.

$\begin{align*} Thus, Voltage = \frac{joule}{coulomb} \end{align*}$

On peut définir la tension comme la quantité d'énergie potentielle entre deux points dans un circuit.

Un point a un potentiel plus élevé et les autres points ont un potentiel plus bas. La différence de charge entre le potentiel plus élevé et le potentiel plus bas est appelée tension ou différence de potentiel.

La tension ou la différence de potentiel donne la force aux électrons pour circuler dans le circuit.

Plus la tension est élevée, plus la force est grande, et donc plus il y a d'électrons circulant dans le circuit. Sans tension ou différence de potentiel, les électrons se déplaceraient de manière aléatoire dans l'espace libre.

La tension est parfois également appelée "tension électrique". Par exemple, la capacité de gestion de la tension des câbles tels que 1 kV, 11 kV et 33 kV sont respectivement appelés câbles à basse tension, haute tension et très haute tension.

Définition de la différence de potentiel comme potentiel du champ électrique

Comme mentionné, la tension est définie comme la différence de potentiel électrique par unité de charge entre deux points dans un champ électrique. Décrivons cela à l'aide d'équations.

Considérons deux points A et B.

Le potentiel du point A par rapport au point B est défini comme le travail effectué pour déplacer une charge unitaire du point A au point B en présence du champ électrique E.

Mathématiquement, cela peut être exprimé par,

$\begin{align*} V_A_B = \frac{W}{Q} = -\int_B^A E^- * dl^-\end{align*}$

Ceci est également une différence de potentiel entre les points A et B avec le point B comme point de référence. Cela peut également être exprimé par,

$\begin{align*} V_A_B = V_A - V_B \end{align*}$

La tension peut être un concept assez difficile à comprendre de manière conceptuelle.

Nous allons donc utiliser une analogie avec quelque chose de tangible—quelque chose dans le monde réel—pour rendre la tension plus facile à comprendre.

Comprendre la tension par analogie

L'« analogie hydraulique » est une analogie courante utilisée pour expliquer la tension.

Dans l'analogie hydraulique :

La tension ou potentiel électrique est équivalente à la pression hydraulique de l'eau
Le courant électrique est équivalent au débit d'eau hydraulique
La charge électrique est équivalente à une quantité d'eau
Un conducteur électrique est équivalent à un tuyau

Analogie 1

Considérons un réservoir d'eau comme indiqué dans la figure ci-dessous. La figure (a) montre deux réservoirs remplis au même niveau d'eau. Ainsi, l'eau ne peut pas circuler d'un réservoir à l'autre car il n'y a pas de différence de pression.

Maintenant, la figure (b) montre deux réservoirs remplis à des niveaux d'eau différents. Il y a donc une certaine différence de pression entre ces deux réservoirs. Ainsi, l'eau va s'écouler d'un réservoir à l'autre jusqu'à ce que le niveau d'eau des deux réservoirs devienne égal.

De même, si nous connectons deux batteries par un fil conducteur avec des niveaux de tension différents, alors les charges peuvent s'écouler de la batterie de plus haut potentiel vers la batterie de plus bas potentiel. Ainsi, la batterie de plus bas potentiel se charge jusqu'à ce que le potentiel des deux batteries devienne le même.

Analogie 2

Considérons un réservoir d'eau placé à une certaine hauteur au-dessus du sol.

La pression de l'eau à l'extrémité du tuyau est équivalente à la tension ou la différence de potentiel dans un circuit électrique. L'eau dans le réservoir est équivalente à la charge électrique. Si nous augmentons la quantité d'eau dans le réservoir, alors une pression plus importante est développée à l'extrémité du tuyau.

Inversement, si nous vidons une certaine quantité d'eau du réservoir, alors la pression créée à l'extrémité du tuyau diminuera. On peut considérer que ce réservoir d'eau est comme une batterie de stockage. Lorsque la tension de la batterie diminue, les lampes s'assombrissent.

Analogie 3

Comprendre comment le travail peut être effectué par la tension ou la différence de potentiel dans un circuit électrique. Le circuit électrique est montré dans la figure ci-dessous.

Comme le montre le circuit hydraulique, l'eau s'écoule dans un tuyau poussé par une pompe mécanique. Un tuyau est équivalent à un fil conducteur dans un circuit électrique.

Maintenant, si une pompe mécanique produit une différence de pression entre deux points, alors l'eau sous pression sera capable de faire du travail, comme entraîner une turbine.

De manière similaire, dans un circuit électrique, la différence de potentiel d'une batterie peut provoquer le flux de courant à travers le conducteur, de sorte que le courant électrique en circulation puisse effectuer du travail, comme allumer une lampe.

Qu'est-ce que la tension mesurée en unités de tension ?

Unité SI de la tension

L'unité SI pour le voltage est le volt. Cela est représenté par un V. Le volt est une unité dérivée du voltage dans le système SI. Le physicien italien Alessandro Volta (1745-1827), qui a inventé la pile voltaïque, qui était la première batterie électrique, donc l'unité de volt est nommée en son honneur.

Volt en unités de base SI

Le volt peut être défini comme la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit électrique qui dissipe un joule d'énergie par coulomb de charge qui passe à travers le circuit électrique. Mathématiquement, cela peut s'exprimer par,

$\begin{align*} 1\,\,Volt = \frac{potential \ energy} {chrage} = \frac{1\,\, joule}{1\,\,coulomb} = \frac{kg\,\, m^2}{A\,\,s^3} \end{align*}$

Ainsi, le volt peut être exprimé en termes d'unités de base SI comme $\frac{kg\,\,m^2}{A\,\,s^3}$ ou $kg\,\,m^2\,\,s^-^3\,\,A^-^1$ .

Il peut également être mesuré en watts par ampère ou en ampères fois ohms.

Formule de tension

La formule de base pour la tension est montrée dans l'image ci-dessous.

Formule de tension 1 (Loi d'Ohm)

Selon la loi d'Ohm, la tension peut être exprimée comme suit,

$\begin{align*} Voltage = Current * Resistance \end{align*}$

$\begin{align*} V = I * R \end{align*}$

Exemple 1

Comme le montre le circuit ci-dessous, un courant de 4 A circule à travers la résistance de 15 Ω. Déterminez la chute de tension dans le circuit.

Solution :

Données fournies : $I = 4\,\,A$ , $R=15\,\,\Omega$

Selon la loi d'Ohm,

$\begin{align*} & V = I * R \\ & = 4 * 15 \\ & V = 60\,\,Volts \end{align*}$

Ainsi, en utilisant l'équation, nous obtenons une chute de tension dans le circuit de 60 volts.

Formule de tension 2 (Puissance et Courant)

La puissance transférée est le produit de la tension d'alimentation et du courant électrique.

$\begin{align*} P = V * I \end{align*}$

Maintenant, substituez $I=\frac{V}{R}$ dans l'équation ci-dessus, nous obtenons,

(1) $\begin{equation*} P = V * I = \frac{V^2}{R} \end{equation*}$

Ainsi, nous obtenons que la tension est égale à la puissance divisée par le courant. Mathématiquement,

$\begin{align*} V = \frac{P}{I} \,\,Volts \end{align*}$

Exemple 2

Comme indiqué dans le circuit ci-dessous, un courant de 2 A circule à travers une lampe de 48 W. Déterminez la tension d'alimentation.

Solution:

Données fournies: $I = 2\,\,A$ , $P = 48 \,\,W$

Selon la formule entre tension, puissance et courant mentionnée ci-dessus,

$\begin{align*} & V = \frac{P}{I} \\ & = \frac{48}{2} \\ & V = 24 \,\,Volts \end{align*}$

Ainsi, en utilisant l'équation, nous obtenons une tension d'alimentation de 24 volts.

Formule de tension 3 (Puissance et résistance)

Selon l'équation (1), la tension est la racine carrée du produit de la puissance et de la résistance. Mathématiquement,

$\begin{align*} V = \sqrt{P*R} \end{align*}$

Exemple 3

Comme indiqué dans le circuit ci-dessous, déterminez la tension nécessaire pour allumer une lampe de 5 W avec une résistance de 2 Ω.

Solution :

Données fournies : $P = 5 \,\, W$ , $R = 2 \,\, \Omega$

Selon la formule mentionnée ci-dessus,

$\begin{align*} & V = \sqrt{P*R} \\ & = \sqrt{5*2} \\ & = \sqrt{10} \\ & V = 3.16 \,\,Volts \end{align*}$

Ainsi, en utilisant l'équation, nous obtenons la tension nécessaire pour allumer une lampe de $5 W, 2\Omega$ 3.16 Volts.

Symbol de tension (AC et DC)

Symbol de tension AC

Le symbole de la tension AC (courant alternatif) est le suivant :

企业微信截图_17098668569432.png — Symbole de tension AC

Symbol de tension DC

Le symbole de la tension DC (courant continu) est le suivant :

Dimensions de la tension

La tension (V) est une représentation de l'énergie électrique par unité de charge.

Les dimensions de la tension peuvent être exprimées en termes de masse (M), longueur (L), temps (T) et ampère (A) comme suit : $M L^2 T^-^3 A^-^1$ .

$\begin{align*} V = \frac{W}{Q} = \frac{M L^2 T^-^2}{A T} = M L^2 T^-^3 A^-^1 \end{align*}$

Il est à noter que certains utilisent également I au lieu de A pour représenter l'intensité du courant. Dans ce cas, la dimension de la tension peut être représentée comme $M L^2 T^-^3 I^-^1$ .

Comment mesurer la tension

Dans un circuit électrique ou électronique, la mesure de la tension est un paramètre essentiel qui doit être mesuré. Nous pouvons mesurer la tension entre un point particulier et le sol ou la ligne à zéro volt dans un circuit.

Dans un circuit triphasé, si nous mesurons la tension entre l'une des phases du circuit triphasé et le point neutre, cela est connu sous le nom de tension phase-sol.

De même, si nous mesurons la tension entre deux phases d'un circuit triphasé, cela est connu sous le nom de tension phase-phase.

Il existe divers instruments utilisés pour mesurer la tension. Examinons chaque méthode.

Méthode du voltmètre

La tension entre deux points d'un système peut être mesurée en utilisant un voltmètre. Pour mesurer une tension, le voltmètre doit être connecté en parallèle avec le composant dont on veut mesurer la tension.

Une borne du voltmètre doit être connectée au premier point et l'autre au second point. Il est important de noter que le voltmètre ne doit jamais être connecté en série.

Le voltmètre peut également être utilisé pour mesurer la chute de tension sur n'importe quel composant ou la somme des chutes de tension sur deux composants ou plus dans un circuit.

Un voltmètre analogique fonctionne en mesurant le courant à travers une résistance fixe. Selon la loi d'Ohm, le courant à travers la résistance est directement proportionnel à la tension ou à la différence de potentiel à travers la résistance fixe. Ainsi, nous pouvons déterminer la tension inconnue.

Un autre exemple de connexion d'un voltmètre pour la mesure de la tension sur une batterie de 9 V est montré dans la figure ci-dessous :

Méthode du multimètre

De nos jours, l'une des méthodes les plus courantes pour mesurer la tension est d'utiliser un multimètre. Le multimètre peut être soit analogique, soit numérique, mais les multimètres numériques sont les plus couramment utilisés en raison de leur précision supérieure et de leur coût réduit.

La tension ou la différence de potentiel sur n'importe quel équipement peut simplement être mesurée en connectant les sondes d'un multimètre aux deux points où la tension doit être mesurée. La mesure de la tension de la batterie à l'aide d'un multimètre est illustrée dans l'image ci-dessous.

Multimeter for Voltage Measurement — Connexion du multimètre pour la mesure de la tension de la batterie

Méthode du potentiomètre

Le potentiomètre fonctionne selon le principe de la technique de balance nulle. Il mesure la tension en comparant une tension inconnue avec une tension de référence connue.

D'autres instruments comme l'oscilloscope ou le voltmètre électrostatique peuvent également être utilisés pour mesurer la tension.

Différence entre tension et courant (Tension vs Courant)

La principale différence entre la tension et le courant est que la tension est la différence de potentiel des charges électriques entre deux points dans un champ électrique, tandis que le courant est le flux de charges électriques d'un point à l'autre dans un champ électrique.

On peut simplement dire que la tension est la cause du courant qui circule, tandis que le courant est l'effet de la tension.

Plus la tension est élevée, plus le courant qui circule entre deux points est important. Notez que si deux points dans un circuit sont au même potentiel, alors le courant ne peut pas circuler entre ces points. L'intensité de la tension et du courant dépendent l'une de l'autre (selon la loi d'Ohm).

D'autres différences entre la tension et le courant sont discutées dans le tableau ci-dessous.

Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)} — Différence entre tension et courant

Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)} — Différence entre tension et courant

Différence entre tension et différence de potentiel (tension vs différence de potentiel)

Il n'y a pas beaucoup de différence entre la tension et la différence de potentiel. Cependant, nous pouvons décrire la différence entre eux de la manière suivante.

La tension est la quantité d'énergie requise pour déplacer une charge unitaire entre deux points, tandis que la différence de potentiel est la différence entre le potentiel plus élevé d'un point et le potentiel plus faible de l'autre point.

En raison de la charge ponctuelle :

La tension est le potentiel obtenu à un certain point en considérant l'autre point de référence à l'infini. Tandis que la différence de potentiel est la différence de potentiel entre deux points à des distances finies de la charge. Mathématiquement, ils peuvent être exprimés comme suit,

$\begin{align*} Potential = V = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0 R} \end{align}$

$\begin{align*} Potential \,\, Difference= V_1_2 = \frac{Q}{4 \pi \epsilon_0}(\frac{1}{R_1} - \frac{1}{R_2}) \end{align}$

Si vous préférez une explication vidéo de la tension, consultez la vidéo ci-dessous :

Qu'est-ce qu'une tension courante ?

Une tension courante est définie comme le niveau de tension typique ou la cote de l'appareil électrique ou de l'équipement.

Voici une liste des tensions courantes pour divers appareils ou équipements électriques.

Batteries au plomb-acide utilisées dans les véhicules électriques : 12 Volts CC. Une batterie de 12 V se compose de 6 cellules, chaque cellule ayant une tension commune de 2,1 V. Notez que les cellules sont connectées en série pour augmenter la tension nominale.
Cellules solaires : Produisent généralement une tension d'environ 0,5 Volts CC sous conditions de circuit ouvert. Cependant, plusieurs cellules solaires sont souvent connectées en série pour former des panneaux solaires, qui peuvent produire une tension totale plus élevée.
USB : 5 Volts CC.
Ligne de transmission électrique haute tension : 110 kV à 1200 kV CA.
Lignes de traction des trains à grande vitesse : 12 kV et 50 kV CA ou 0,75 kV et 3 kV CC.
Alimentation TTL/CMOS : 5 Volts.
Une batterie rechargeable à une seule cellule de type nickel-cadmium :batterie au nickel-cadmium : 1,2 Volts.
Piles de lampe de poche : 1,5 Volts CC.

Les tensions courantes fournies par la compagnie de distribution aux consommateurs résidentiels sont :

100 V, monophasé AC au Japon
120 V, monophasé AC en Amérique
230 V, monophasé AC en Inde, Australie

Les tensions courantes fournies par la compagnie de distribution aux consommateurs industriels sont :

200 V, triphasé AC au Japon
480 V, triphasé AC en Amérique
415 V, triphasé AC en Inde

Applications de la tension

Certaines applications de la tension incluent :

L'une des applications les plus courantes de la tension est de déterminer la chute de tension sur un dispositif ou un équipement électrique tel qu'une résistance.
L'ajout de tension est nécessaire pour augmenter la tension nominale. Ainsi, les cellules sont connectées en série pour augmenter la tension nominale.
La tension est utilisée pour alimenter divers types d'équipements électroniques et électriques, tels que les ordinateurs, les téléviseurs, les réfrigérateurs, etc.

La tension est la source d'énergie de base de chaque équipement électrique et électronique. Des tensions faibles (5 V) aux hautes tensions (415 V) sont utilisées dans diverses applications.

Les basses tensions sont généralement utilisées pour de nombreux équipements électroniques et des applications de contrôle.

Les hautes tensions sont utilisées pour

L'impression électrostatique, la peinture électrostatique, le revêtement électrostatique de matériaux
L'étude cosmologique de l'espace
Précipiteur électrostatique (contrôle de la pollution atmosphérique)
Laboratoire de propulsion à réaction
Tubes à rayons X
Tubes à vide d'amplificateurs de haute puissance
Spectrométrie de masse
Essais diélectriques
Tests alimentaires et de boissons
Applications de pulvérisation et de filage électrostatiques, électrophotographie
Applications basées sur les plasmas
Détection de niveau
Chauffage par induction
Lampes flash
SONAR
Pour les essais d'équipements électriques

Source : Electrical4u

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Voltage	Current
The voltage is the difference in potential between two points in an electric field.	The current is the flow of charges between two points in an electric field.
The symbol of the current is I.	The SI unit of current is ampere or amp.
The symbol of voltage is V or ΔV or E.	The symbol of current is I.
Voltage can be measured by using a voltmeter.	Current can be measured by using an ammeter.
$Voltage\ (V)=\frac{Work\ done\ (W)}{Charge\ (Q)}$	$Current\ (I)=\frac{Charge\ (Q)}{time\ (t)}$
$1\ Volt=\frac{1\ joule}{1\ coulomb}$	$1\ Ampere=\frac{1\ coulomb}{(1\ second)}$
In a parallel circuit, the magnitude of voltage remains the same.	In a series circuit, the magnitude of the current remains the same.
The voltage creates a magnetic field around it.	The current creates an electrostatic field around it.
Dimensions of voltage is $ML^2 T^-^3 A^-^1$	Dimensions of current is $MLTA^1$
In the hydraulic analogy, electric potential or voltage is equivalent to hydraulic water pressure.	In the hydraulic analogy, electric current is equivalent to hydraulic water flow rate.
The voltage is the cause of the current flowing in the circuit.	An electric current is the effect of a voltage.