Tension électrique
Pour les articles homonymes, voir Tension.Tension électrique
Les piles électriques sont des générateurs de tension couramment utilisés.
| Symbole usuel | U, UAB, ΔV... |
|---|---|
| Unités SI | Volt (V) |
| Dimension | M.I-1.L2.T-3 |
| Grandeur conservative | Non |
| Nature | scalaire |
La tension électrique est la circulation du champ électrique le long d'un circuit. Elle est souvent confondue avec la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit électrique, car les deux notions coïncident en régime stationnaire et sont approximativement équivalentes dans de nombreuses applications pratiques en régime variable.
Néanmoins, dans un cas général, en régime variable, la circulation du champ électrique n'étant plus conservative en raison du phénomène d'induction électromagnétique, la tension et la différence de potentiel ne sont alors plus synonymes[1],[2]. Dans ce cas général, la différence de potentiel perd sa signification physique et doit être remplacée par la notion de tension[2].
La tension est parfois nommée voltage par le grand public, mais ce terme ne devrait pas être utilisé car il s'agit d'un anglicisme qui n'est pas utilisé professionnellement.
Sommaire |
Description [modifier]
- Le symbole normalisé d'une tension électrique est U[3].
- L'unité de mesure en est le volt, unité de symbole V.
- Dans les schémas électriques on se sert de la lettre U associée à d'autres symboles pour désigner les différents potentiels électriques.
- En règle générale, les grandeurs électriques constantes (cas d'un circuit en courant continu) sont représentées par une majuscule et celles pouvant varier dans le temps par une minuscule ou une majuscule avec l'indice t[4].
- En triphasé, on note les tensions composées (tensions entre phases) U et les tensions simples (tensions entre phase et neutre) V[5].
Si dans un circuit électrique constitué d'éléments de résistance non nulle, il existe un courant électrique, c'est qu'il existe dans ce circuit un générateur entretenant une tension à ses bornes.
Mesure [modifier]
On peut mesurer la tension à l'aide d'un voltmètre branché en parallèle/ dérivation sur le circuit[6].
Classement [modifier]
Ci-dessous le tableau des différents domaines de tension suivant le décret français no88-1056 du 14 novembre 1988 : Ce décret traite de la protection des travailleurs dans les établissements assujettis au code du travail ( livre 2, titre 3) qui mettent en œuvre des courants électriques.
- Code du travail
- Livre 2 : Réglementation du travail
- Titre 3 : Hygiène, sécurité et conditions de travail
| Abréviations | TBT | BTA | BTB | HTA | HTB |
| Dénominations | Très Basse Tension | Basse Tension A | Basse Tension B | Haute Tension A | Haute Tension B |
| Courant alternatif | U ≤ 50 volts | 50 < U ≤ 500 volts | 500 < U ≤ 1000 volts | 1000 < U ≤ 50 kV | U > 50 kV |
| Courant continu | U ≤ 120 volts | 120 < U ≤ 750 volts | 750 < U ≤ 1500 volts | 1500 < U ≤ 75 kV | U > 75 kV |
| Distance de voisinage (distance de sécurité) |
Aucun danger | D ≥ 30 cm | D ≥ 30 cm | D ≥ 2 mètres | D ≥ 3 mètres |
- Dans le cas particulier de la très basse tension (TBT), il y a lieu de distinguer :
- TBTF (très basse tension fonctionnelle)
- TBTS (très basse tension de sécurité)
- TBTP (très basse tension de protection)
- En TBTF, toutes les règles de la BT doivent être appliquées (idem en cas d'incertitude sur la nature ou la provenance). Aucune précaution n’est à prendre en TBTS et en TBTP pour les risques d'électrisation (attention aux courts-circuits et aux brûlures).
- Pour une tension alternative supérieure à 250 kilovolts, la distance de voisinage passe à 4 mètres.
Définition et interprétation physique [modifier]
La tension électrique aux bornes d'un dipôle est toujours égale à la circulation du champ électrique à l'intérieur de ce dipôle.
En d'autres termes, la tension électrique représente le travail de la force électrique (qui règne au sein du dipôle) sur une particule chargée, divisé par la valeur de la charge (dans le cas d'un générateur de tension continue, une pile par exemple, la tension électrique à vide de cette pile, appelée force électromotrice (fem), est le travail de la force électrostatique de propulsion sur les électrons)[7].
On parlera donc d'énergie échangée par unité de charge, qui peut être comparée, si l'on ne tient pas compte des unités, à l'énergie échangée pour une charge de 1 coulomb.
Son unité est donc celle d'une énergie divisée par une charge électrique, c'est-à-dire le joule par coulomb, lequel équivaut au volt[7].
Tout dipôle d'un circuit électrique développe une tension à ses bornes, ce qui revient à dire qu'il échangera une certaine énergie avec les charges en mouvement le traversant, qui sont, dans un nombre important de cas, des électrons. Cette tension est égale à l'énergie par unité de charge, échangée entre chaque particule chargée qui traverse le dipôle et le dipôle lui-même[7].
Dans le cas de la traversée d'un générateur d'énergie, l'énergie reçue par les charges est convertie en un déséquilibre électrostatique (densité volumique de charge différente d'un point à un autre) qui crée la tension aux bornes du générateur. Autrement dit, l'énergie gagnée par une charge dans le générateur est convertie en énergie potentielle qui sera transformée dans le reste du circuit.
W/q reçu dans générateur = tension générateur
Dans le cas de la traversée d'un récepteur d'énergie, l'énergie prise aux particules chargées par le dipôle a pour effet de « retenir » aux bornes du récepteur une partie (plus ou moins grande suivant le nombre de récepteurs) de la tension du générateur. Cette tension a pour effet de fournir l'énergie nécessaire aux charges pour la traversée du dipôle récepteur.
W/q perdue dans le récepteur = tension récepteur
Si on note e la charge électrique d'un électron en coulombs et u la tension d'un dipôle en volts, alors chaque électron traversant ce dernier y gagnera ou y perdra (suivant le signe de u) une énergie égale à W = u * e joules.
Loi physique [modifier]
D'après la seconde loi de Kirchhoff, également appelée loi des mailles, et valable dans l'approximation des régimes quasi-stationnaires (c'est-à-dire lorsque le temps de propagation de la tension d'un bout à l'autre du circuit est négligeable devant le temps caractéristique de la variation de la tension du générateur), on peut dire que la somme des tensions (avec leur signe suivant la nature du dipôle) dans une maille d'un circuit est nulle. On désigne ici par maille, un chemin permettant aux charges électriques libres de se déplacer, d'effectuer un tour complet (c'est-à-dire de partir d'un point et de pouvoir y revenir). Pour l'application de cette loi, on attribue un signe aux tensions du circuit : positives pour les générateurs et négatives pour les récepteurs.
L'important est de bien discerner que le passage par un générateur donne de l'énergie alors que le récepteur en retire. L'énergie reçue par les différents récepteurs du circuit est bien sûr égale à celle fournie par le ou les générateurs.
En toute rigueur, la loi des mailles n'est plus applicable en régime rapidement variable, les tensions n'étant plus conservatives et leur somme sur un circuit fermé n'étant plus nulle.
Réseaux électriques [modifier]
La tension électrique des centrales thermiques ou nucléaires est élevée à l'aide de transformateurs. L'énergie électrique est alors transportée en haute tension, à des tensions supérieures à 100 kV, jusqu'à 1 200 kV. Elle est ensuite abaissée. Les ménages sont alimentés en basse tension (230 V/400V par exemple en France, Belgique et Allemagne).
Notes et références [modifier]
- (en) Demetrius T Paris et Frank Kenneth Hurd, Basic electromagnetic theory, McGraw-Hill, 591 p., p. 546
- J.-P. Pérez, R. Carles, R. Fleckinger, Électromagnétisme. Fondements et applications, 3e édition, Masson, Paris, 1997, page 301
- Kurt Gieck, Formulaire technique (traduit en français par G. Bendit, École d'ingénieurs de Bienne - Suisse), Gieck-Verlag, Heilbronn (RFA), chap. « Électrotechnique – Notions générales », partie S2.
- Kurt Gieck, Formulaire technique (traduit en français par G. Bendit, École d'ingénieurs de Bienne - Suisse), Gieck-Verlag, Heilbronn (RFA), chap. « Électrotechnique – Notions générales », partie S1.
- Édouard Lefranc, Jean Poinsard, Georges Auclerc, Électricité – Courant alternatif : Électrostatique - Isolants - Tubes électroniques - Courants alternatifs - Machines - Redresseurs, Les Éditions Foucher, Paris, 1957, chap. 10, « Tensions et courants triphasés », p. 114-117.
- Anne-Marie Dégurse, Francine Gozard, Lydia Rosenfield-Gipch, Louis Soulié, Physique – Classe de seconde, Hatier, Paris, 1981 (ISBN 2-218-05650-X), p. 186.
- Guy Fontaine, Jean-Claude Paul, Adolphe Tomasino, Physique – Terminales C.E, Éditions Nathan, Paris, 1989 (ISBN 978-2091747019), p. 90-92.
