La tension électrique

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1 ycées Paul Mathou Année a tension électrique Sommaire 1) Introduction ) Unité et repérage ) D.d.p : Applications numériques ) Etude électrique du «simple allumage» ) Points équipotentiels : (même potentiel) ) oi des mailles appliquée au S.A... 4 ature de la tension d alimentation ) ois des mailles sur des circuits alimentés par des générateurs de courant «continu»... 6 Exemple 1 :... 7 Exemple 2 :... 8 Exemple 3 :... 9

2 a tension électrique ou différence de potentiel 2 1) Introduction Deux potentiels électriques doivent obligatoirement être mis en présence pour pouvoir créer un courant électrique : la source d énergie ainsi que les appareils électriques possèdent donc deux points de connexions. Potentiel 1 Potentiel 2 Prise de courant es logements sont alimentés en énergie électrique par l intermédiaire de 2 fils :phase () et eutre () ; tous les récepteurs électriques possèdent donc au moins 2 bornes de raccordement pour être «mis sous tension», ce que l on observe facilement en branchant la prise de son téléviseur et de tous les appareils qui nous entourent. Borne 1 Borne 2 2) Unité et repérage a tension a pour unité : e VOT (V) 1 : le réseau E.D.F délivre une tension égale à 230 Volt entre la phase et le neutre. a tension est repérée par la lettre U et est matérialisée par une «flèche 2» : 230V entre phase et neutre pour le réseau E.D.F. Phase Ampoule électrique 230V eutre a tension électrique est aussi appelée «différence de potentiel» : U U, il découle de cette relation que la tension mesurée entre 2 points d un circuit qui sont au même potentiel sera nulle : U A - U B avec U A = U B alors 0 V 3) D.d.p : Applications numériques Donnez la valeur de la tension U dans chacun des cas ci-dessous. 1 'unité de tension électrique est le volt (V) en hommage à Alessandro Volta ( ) qui mit au point la première pile électrique en otons que l orientation de la flèche a une importance si l on travaille sur une source de tension «continue» car celle-ci peut prendre une valeur positive ou négative : U AB >0 et U BA <0. orientation de la flèche n a pas d importance en «alternatif».

3 a tension électrique ou différence de potentiel 3 Phase Phase +12V +12V +12V 0V +12V +6V 0V 12V 1 1 4) Etude électrique du «simple allumage» «e simple allumage» qui permet de commander l allumage ou l extinction d une ou plusieurs lampes d un seul point de commande. interrupteur que vous actionnez pour éclairer votre chambre vous faites apparaître ou disparaître un des 2 potentiels qui permettent à la lampe de fonctionner. es expressions pour traduire ces 2 actions sont: Je ferme l interrupteur (S) «la lampe (H) est sous tension» : elle s allume. J ouvre l interrupteur (S) «la lampe (H) est hors tension» : elle s éteint. Représentation en 3D de l alimentation d une lampe : représentation dans l espace non normalisée Représentation normalisée : schéma développé

4 a tension électrique ou différence de potentiel 4 Pour analyser le fonctionnement de ce circuit, chaque point du montage doit être comparé à un autre point. Ainsi, e point 1 du circuit est soumis au potentiel «U 1 qui est non mesurable» ; la situation est identique pour les points 2 ou 3. Pour connaître la valeur de la tension U S présente aux bornes de l interrupteur S, il faut considérer les points 1 et 2 et effectuer la différence de ces 2 potentiels : U S = U 1 - U 2 ou U 2 - U 1 On peut généraliser la méthode employée ci-dessus à l ensemble des tensions présentes dans le circuit, ainsi, l évolution de la tension aux bornes de la lampe H sera donnée par les relations suivantes : o Quand S est ouvert U H = 0V car U 2 = et U 3 = U S = U 1 - U 2 = U - U =. o Quand S est fermé U H = 230V car U 2 = et U 3 = U S = U 1 - U 2 = U - U =.. 5) Points équipotentiels : (même potentiel) Considérons chaque fil de ce circuit ; ils sont au nombre de trois : (le conducteur PE (V/J) n est pas représenté) Fil1 : à S Fil 2: S à H Fil 3: H à Analysons la tension présente aux bornes de chacun d eux : Fil1 : U Fil1 = Fil 2: U Fil2 = Fil 3: U Fil3 = Conclusion : 6) oi des mailles appliquée au S.A o es tensions situées sont liées par la loi des mailles : U - U S - U H = 0 Remarque: On considère une tension dangereuse si elle est capable de générer un courant dangereux pour l être humain. Cette limite est fixée par la norme à U =50 V et représente la limite inférieure du domaine B.T (basse tension) lorsque l on se trouve dans un local sec. On veillera donc à éviter tout contact direct avec une tension supérieure à U. Donnez la valeur des tensions mesurées par les voltmètres V1 et V2 ainsi que l état de la lampe pour chaque cas traité ci-dessous : o es lampes sont en état de fonctionnement. o a tension réseau est présente

5 a tension électrique ou différence de potentiel 5 o es bornes de mesurage des voltmètres sont en contact avec les parties actives sous tension. V 1 = U - U = 230V V 1 =

6 ycées Paul Mathou Année Donnez la valeur des tensions V 1 et V 2 : cette fois, le filament de la lampe est coupé. ature de la tension d alimentation Dans un premier temps nous ne nous préoccuperons pas de la «nature de la tension d alimentation» : en effet, nous savons qu un ordinateur n est pas alimenté par la même source d énergie qu un téléphone portable. o e téléphone est alimenté par des accumulateurs (batterie) qui fournissent une tension «continue». o ordinateur est alimenté par le réseau électrique qui fournit une tension «alternative». Mais dans les 2 cas, la tension électrique est à l origine du fonctionnement de ces 2 appareils : Seules, la valeur et la forme de cette tension diffèrent dans chacun des 2 cas cités es caractéristiques liées à la forme des tensions seront étudiées dans un deuxième temps car elles ne modifient pas la méthode mesurage. Ce sont pour ces raisons qu il est fondamental de connaître la nature de la tension que l on veut mesurer afin d éviter toute erreur. 7) ois des mailles sur des circuits alimentés par des générateurs de courant «continu»

7 a tension électrique ou différence de potentiel 7 Considérons le circuit suivant : les générateurs de tensions se distinguent par leur symbole ainsi que par le repérage des bornes d alimentations. o o Représentez les voltmètres sur les schémas développés. Calculez en vous aidant de la loi des mailles la valeur indiquée par les voltmètres des trois circuits représentés ci-dessous? Exemple 1 : V1 = V2= V3=

8 a tension électrique ou différence de potentiel 8 Exemple 2 : V1 = V2= V3= V4 =

9 a tension électrique ou différence de potentiel 9 Exemple 3 : V1 = V2 = V3 = V4 =