Tension électrique: ddp, force électromotrice, fem
La tension électrique est une grandeur physique qui mesure la différence de potentiel (ddp) entre deux points d’un circuit électrique. Elle est exprimée en volts (V) et représente l’énergie transférée par unité de charge.
Un générateur fournit une force électromotrice (fem), qui est la capacité d’une source à déplacer des charges au sein du circuit. Cette grandeur est différente de la tension effective aux bornes du générateur, car une partie de l’énergie est dissipada à cause de la résistance interne \( r \) du générateur :
\[ U = \mathcal{E} – r \cdot I \]où :
- \(\mathcal{E}\) est la force électromotrice en volts (\(V\)),
- \(r\) est la résistance interne du générateur en ohms (\(\Omega\)),
- \(I\) est l’intensité du courant en ampères (\(A\)).
La tension électrique joue un rôle clé dans les circuits électriques et les systèmes thermodynamiques impliquant des conversions d’énergie.
Formules à savoir
- Loi d’Ohm : La tension est reliée à la résistance et au courant :
- Énergie potentielle électrique : La tension est définie comme l’énergie par unité de charge :
- Relation entre force électromotrice et travail :
où \( dW \) est le travail fourni par la source et \( dQ \) est la charge déplacée.
Exemples sur la tension électrique: ddp, force électromotrice, fem
Exemple 1 : Tension aux bornes d’un générateur réel
Un générateur possède une force électromotrice de 24 V et une résistance interne de 0,8 Ω. Si le courant débité est de 3 A, quelle est la tension aux bornes du générateur ?
\[ U = \mathcal{E} – rI = 24 – (0.8 \times 3) = 21.6V \]Réponse : La tension aux bornes du générateur est de 21,6 V.
Exemple 2 : Travail d’une source électrochimique
Une batterie de 12 V transfère une charge de 5 C. Quelle est l’énergie fournie par cette batterie ?
\[ W = U \cdot Q = 12 \times 5 = 60 J \]Réponse : L’énergie fournie par la batterie est de 60 J.
Exemple 3 : Tension dans un circuit en série
Un circuit contient une résistance de 10 Ω et un générateur de 18 V avec une résistance interne de 2 Ω. Quelle est l’intensité du courant et la tension aux bornes de la résistance ?
\[ I = \frac{\mathcal{E}}{R + r} = \frac{18}{10+2} = 1.5 A \] \[ U = R \cdot I = 10 \times 1.5 = 15V \]Réponse : L’intensité du courant est de 1,5 A et la tension aux bornes de la résistance est de 15 V.