La tension électrique. I La grandeur «tension électrique» a) Généralités

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1 La tension électrique I La grandeur «tension électrique» a) Généralités

2 Histoire des sciences A la fin du XVIIIe siècle, les phénomènes électriques sont déjà bien connus, mais mal compris. On sait faire des étincelles électriques, mais cela ne donne lieu à aucune utilisation dans la vie de tous les jours et l'origine de l'électricité est encore inconnue. C'est grâce aux travaux et à la rivalité de deux scientifiques italiens, Luigi Galvani et Alessandro Volta, que l'électricité va être domestiquée. En 1786, Galvani remarque que les muscles d'une cuisse de grenouille se contractent lorsqu'ils sont mis en contact avec des métaux. Une contraction se produit aussi lorsque les muscles sont soumis à une décharge électrique. Ce phénomène de contraction, en l'absence de source d'électricité, amène Galvani à affirmer que les nerfs et les muscles des animaux contiennent un fluide électrique : c'est l'idée «d'énergie animale». Reprenant ces travaux, Volta met l'accent sur le rôle des deux métaux. Pour lui, la cuisse de grenouille subit une décharge électrique venant de deux métaux différents : ses expériences sont liées à «une électricité métallique». La consécration de Volta vient avec l'invention de sa pile qu'il présente à Paris en Ce sont des rondelles de zinc et de cuivre, séparées par du feutre imbibé d'eau salée. Aujourd'hui encore, c'est la communauté scientifique toute entière qui rend hommage à Volta : l'unité internationale de tension électrique porte son nom, c'est le Volt.

3 La tension électrique est une différence d'états électriques (potentiels) entre deux points : la tension notée sur une pile correspond à la différence de potentiel entre ses deux bornes. La tension électrique est notée U. L'unité de la tension électrique est le Volt (notée V). Conversions : 45 V = m V 128 mv = V 0,15 kv = V 182 mv = kv kv V mv

4 b) L'appareil de mesure : le voltmètre Pour mesurer la tension électrique, on utilise un appareil appelé voltmètre. Dans un circuit électrique, son symbole est : Il possède deux bornes : - une borne d'entrée V - une borne de sortie COM Contrairement à l'ampèremètre, le voltmètre se place en dérivation dans le circuit entre les bornes du dipôle dont on veut faire la mesure.

5 c) Exemples de mesures simples aux bornes de dipôles isolés Un dipôle isolé est un dipôle qui n'est pas branché dans un circuit électrique. Les mesures s'écrivent : U = V U = V

6 II Tension électrique dans un circuit en série Liste de matériel : - un générateur - L 1 - L 2 - une résistance - un voltmètre - des fils de connexion Mode opératoire : On mesure la tension électrique aux bornes de chaque dipôle en déplaçant le voltmètre.

7 Observation : Aux bornes de G Aux bornes de L 1 Aux bornes de L 2 Aux bornes de R Tension (V) U G = U L1 + U L2 + U R Conclusion : Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles : c'est la LOI D'ADDITIVITE DES TENSIONS

8 III Tension électrique dans un circuit en dérivation Liste de matériel : - un générateur - L 1 - L 2 - une résistance - un voltmètre - des fils de connexion Mode opératoire : On mesure les tensions électriques aux bornes des différents dipôles.

9 Observations : Tensions Electriques U G U L1 U R U L2 Valeurs (V) On peut voir que U G = U L1 + U R = U L2 Conclusion La tension électrique est la même pour des dipôles placés en dérivation : c'est la loi d'unicite DES TENSIONS. Deux dipôles sur une même branche sont en fait placés en série : ils se partageront la tension électrique.

10 IV Cas particuliers de la tension électrique Représente le voltmètre sur le schéma de manière à mesurer la tension électrique aux bornes de la lampe. Mode opératoire : Mesure les tensions électriques et remplir le tableau ci-dessous (le circuit est ouvert si l interrupteur est ouvert) : Circuit ouvert Circuit fermé Générateur Lampe Interrupteur Fil de connexion

11 Conclusion : La tension électrique est nulle aux bornes : - d'un fil de connexion - d'un récepteur en circuit ouvert - d'un interrupteur fermé

12 V - Adaptation Situation déclenchante : Liste de matériel : - générateur 12 V - lampe L1 - lampe L2 - lampe L3 - fils de connexion Observations : Les trois lampes ne brillent, pas de la même façon... Question : Pour quelle raison ces trois lampes ont un éclat différent?

13 Hypothèse : L'éclat d'une lampe dépend de la tension électrique entre ses bornes et l'intensité qui la traverse. Observations : Tension nominale Intensité nominale Tension mesurée Intensité mesurée Eclat de la lampe L1 L2 L3

14 Sur cette lampe, on peut lire : 2,2V 0,25A Ces informations correspondent aux valeurs nominales de cette lampe. 2,2 V est sa tension nominale 0,25 A est son intensité nominale

15 Conclusion : Pour qu'une lampe (ou autre récepteur) fonctionne correctement, il faut donc que la tension entre ses bornes et l'intensité qui la traverse soient proches de ses valeurs nominales. Si la tension électrique reçue par la lampe est trop forte par rapport à sa tension nominale, alors lampe est en surtension. Elle risque de griller. Si la tension électrique reçue par la lampe est trop faible par rapport à sa tension nominale, alors la lampe est en soustension. Elle brille alors faiblement.