Tension électrique: volt, différence de potentiel
La tension électrique, aussi appelée différence de potentiel, est une grandeur physique qui exprime la variation d’énergie électrique entre deux points d’un circuit. Elle est mesurée en volts (V) et est essentielle pour comprendre les phénomènes électriques et électromagnétiques.
Dans un circuit, la tension électrique est souvent générée par une source d’énergie telle qu’une pile ou un générateur. Elle représente l’énergie transférée par unité de charge :
\[ U = \frac{W}{Q} \]où :
- U est la tension électrique en volts (V),
- W est l’énergie en joules (J),
- Q est la charge électrique en coulombs (C).
Formules à savoir
En physique, la tension électrique est reliée à plusieurs concepts fondamentaux :
- Loi d’Ohm : La tension est proportionnelle à l’intensité du courant dans un conducteur de résistance \( R \) :
- Travail du champ électrique : Lorsque des charges se déplacent dans un champ électrique, la tension est donnée par :
où \( E \) est le champ électrique et \( d \) la distance parcourue.
- Énergie potentielle électrique : La tension est aussi reliée à l’énergie potentielle d’une charge :
où \( k \) est la constante de Coulomb, \( q_1 \) et \( q_2 \) sont les charges, et \( r \) la distance entre elles.
Exemples sur la tension électrique: volt, différence de potentiel
Exemple 1 : Tension aux bornes d’une résistance
Un circuit contient une résistance de 100 Ω traversée par un courant de 0,5 A. Quelle est la tension aux bornes de cette résistance ?
\[ U = R \cdot I = 100 \times 0,5 = 50V \]Réponse : La tension est de 50 V.
Exemple 2 : Travail du champ électrique
Une charge de 2 C se déplace sous une tension de 12 V. Quelle est l’énergie transférée ?
\[ W = U \cdot Q = 12 \times 2 = 24 J \]Réponse : L’énergie transférée est de 24 J.
Exemple 3 : Tension entre deux plaques d’un condensateur
Un champ électrique de 5000 V/m est appliqué entre deux plaques séparées de 0,002 m. Quelle est la tension entre les plaques ?
\[ U = E \cdot d = 5000 \times 0,002 = 10V \]Réponse : La tension entre les plaques est de 10 V.
Exemple 4 : Différence de potentiel dans un circuit en série
Un générateur fournit une tension de 24 V à un circuit contenant deux résistances en série : R₁ = 4 Ω et R₂ = 8 Ω. Quelle est la tension aux bornes de chaque résistance ?
\[ I = \frac{U}{R_{eq}} = \frac{24}{4+8} = 2A \] \[ U_1 = R_1 \cdot I = 4 \times 2 = 8V, \quad U_2 = R_2 \cdot I = 8 \times 2 = 16V \]Réponse : La tension aux bornes de R₁ est 8 V et celle de R₂ est 16 V.
Exemple 5 : Tension dans un circuit RL
Dans un circuit RL, la tension aux bornes d’une bobine d’inductance L = 0,5 H est donnée par :
\[ U_L = L \frac{dI}{dt} \]Si le courant varie à un taux de 3 A/s, alors :
\[ U_L = 0,5 \times 3 = 1,5V \]Réponse : La tension aux bornes de la bobine est de 1,5 V.