Tension dans les circuits en série
Qu'est-ce que des tensions en série?
Un circuit en série ou connexion en série fait référence à une configuration où deux ou plusieurs composants électriques sont reliés en chaîne dans un circuit. Dans ce type de circuit, il n'y a qu'un seul chemin pour que la charge passe à travers le circuit. La variation de potentiel électrique entre deux points d'un circuit électrique est appelée tension. Dans cet article, nous allons détailler les tensions dans un circuit en série.
La batterie d'un circuit fournit l'énergie nécessaire pour que la charge passe à travers la batterie et crée une différence de potentiel entre les extrémités du circuit externe. Si nous supposons une cellule de 2 volts, elle créera une différence de potentiel de 2 volts dans le circuit externe.
La valeur du potentiel électrique au terminal positif est de 2 volts supérieure à celle du terminal négatif. Ainsi, lorsque la charge passe du terminal positif au terminal négatif, cela entraîne une perte de 2 volts de potentiel électrique.
Cela est appelé chute de tension. Cela se produit lorsque l'énergie électrique de la charge est convertie en d'autres formes (mécanique, thermique, lumineuse, etc.) en passant à travers les composants (résistances ou charge) du circuit.
Si nous considérons un circuit avec plus d'une résistance connectée en série et alimentée par une pile de 2V, la perte totale de potentiel électrique est de 2V. Il y aura donc une chute de tension dans chaque résistance connectée. Cependant, la somme des chutes de tension de tous les composants sera de 2V, équivalente à la tension de la source d'alimentation.
Mathématiquement, on peut l'exprimer comme suit
En utilisant la loi d'Ohm, les chutes de tension individuelles peuvent être calculées comme suit
Maintenant, supposons un circuit en série comprenant 3 résistances et alimenté par une source d'énergie de 9V. Ici, nous allons découvrir la différence de potentiel à différents endroits lors du passage du courant tout au long du circuit en série.
Les emplacements sont marqués en rouge dans le circuit ci-dessous. Nous savons que le courant passe du terminal positif vers le terminal négatif de la source. Le signe négatif de la tension ou de la différence de potentiel représente la perte de potentiel due à la résistance.
La différence de potentiel électrique entre différents points du circuit peut être représentée à l'aide d'un diagramme appelé diagramme de potentiel électrique, qui est montré ci-dessous.
Dans cet exemple, le potentiel électrique à A = 9V car c'est le terminal de potentiel élevé. Le potentiel électrique à H = 0V car c'est le terminal négatif. Lorsque le courant passe à travers la source d'alimentation de 9V, la charge gagne 9V de potentiel électrique, de H à A. Pendant que le courant passe à travers le circuit externe, la charge perd complètement ces 9V.
Ici, cela se produit en trois étapes. Il y aura une chute de tension lorsque le courant passe à travers les résistances mais aucune chute de tension ne se produit lorsque le passage est à travers un simple fil. On peut donc voir qu'entre les points AB, CD, EF et GH, il n'y a pas de chute de tension. Mais entre les points B et C, la chute de tension est de 2V.
Ainsi, la tension de la source de 9V devient 7V. Ensuite, entre les points D et E, la chute de tension est de 4V. À ce stade, la tension de 7V devient 3V. Enfin, entre les points F et G, la chute de tension est de 3V. À ce stade, la tension de 3V devient 0V.
Dans la partie du circuit entre les points G et H, il n'y a pas d'énergie pour la charge. Elle a donc besoin d'un coup de pouce énergétique pour passer à nouveau à travers le circuit externe. Cela est fourni par la source d'alimentation lorsque la charge passe de H à A.
Plusieurs sources de tension en série peuvent être remplacées par une seule source de tension en prenant la somme totale de toutes les sources de tension. Mais nous devons prendre en compte la polarité comme indiqué ci-dessous.
Sources de tension alternée en série
Dans le cas de sources de tension alternée en série, les sources de tension peuvent être additionnées ou combinées pour former une seule source, à condition que la fréquence angulaire (ω) des sources connectées soit identique. Si les sources de tension alternée connectées en série ont des fréquences angulaires différentes, elles peuvent être additionnées ensemble à condition que le courant à travers les sources connectées soit le même.
Applications des tensions dans les circuits en série
Les applications des tensions dans les circuits en série incluent :
