La tension électrique

Lycées Paul Mathou – Année 2010 - 2011
La tension électrique
Sommaire
1) Introduction................................................................................................................................... 2
2) Unité et repérage ........................................................................................................................... 2
3) D .d.p : Applications numériques ................................................................................................. 2
4) Etude électrique du « simple allumage » ...................................................................................... 3
5) Points équipotentiels : (même potentiel) ...................................................................................... 4
6) Loi des mailles appliquée au S.A ................................................................................................. 4
Nature de la tension d’alimentation................................................................................................. 6
7) Lois des mailles sur des circuits alimentés par des générateurs de courant « continu » .............. 6
Exemple N°1 : .................................................................................................................................. 7
Exemple N°2 : .................................................................................................................................. 8
Exemple N°3 : .................................................................................................................................. 9
La 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 N°1
Potentiel N°2
Prise de courant
Les logements sont alimentés en énergie électrique par l’intermédiaire de 2 fils :phase (L) et Neutre
(N) ; 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 N°1
Borne N°2
Ampoule électrique
2) Unité et repérage
 La tension a pour unité : Le VOLT (V)1 : le réseau E.D.F délivre une tension égale à 230
Volt entre la phase et le neutre.
 La tension est repérée par la lettre U et est matérialisée par une « flèche2 » : U = 230V
entre phase et neutre pour le réseau E.D.F.
Phase
Neutre
L
N
U = 230V
 La tension électrique est aussi appelée « différence de potentiel » : U = UL – UN, il découle
de cette relation que la tension mesurée entre 2 points d’un circuit qui sont au même
potentiel sera nulle : U = UA - UB avec UA = UB alors U = 0 V
3) D .d.p : Applications numériques
Donnez la valeur de la tension U dans chacun des cas ci-dessous.
1
L'unité de tension électrique est le volt (V) en hommage à Alessandro Volta (1745 -1827) qui mit au point la première
pile électrique en 1800.
2
Notons 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 : UAB >0 et UBA<0. L’orientation de la flèche n’a pas d’importance
en « alternatif ».
La tension électrique ou différence de potentiel
Phase
Phase
L
N
3
+12V
L
U=
+12V
+12V
N
L
+6V
L
U=
0V
N
U=
0V
L
+12V
N
U=
12V
L1
N
L
U=
L1
N
U=
4) Etude électrique du « simple allumage »
« Le simple allumage » qui permet de commander l’allumage ou l’extinction d’une ou plusieurs
lampes d’un seul point de commande.
L’interrupteur que vous actionnez pour éclairer votre chambre vous faites apparaître ou disparaître
un des 2 potentiels qui permettent à la lampe de fonctionner. Les 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
La 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, Le point 1 du circuit est soumis au potentiel « U1 qui est non mesurable » ; la situation est
identique pour les points 2 ou 3.
Pour connaître la valeur de la tension US présente aux bornes de l’interrupteur S, il faut considérer
les points 1 et 2 et effectuer la différence de ces 2 potentiels :
US = U1 - U2 ou U2 - U1
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 UH = 0V car U2 = …
et U3 = …
US = U1 - U2 = UL - UN = ….
o
Quand S est fermé UH = 230V car U2 = …
et U3 = …
US = U1- U2 = UL - UL = …..
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 : L à S
 Fil 2: S à H
 Fil 3: H à N
Analysons la tension présente aux bornes de chacun d’eux :
 Fil1 : UFil1 =
 Fil 2: UFil2 =
 Fil 3: UFil3 =
Conclusion :
……………………………………………………………………………………………………
……………………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………………
6) Loi des mailles appliquée au S.A
o
Les tensions situées sont liées par la loi des mailles : U - US - UH = 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 UL =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 UL.
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 Les lampes sont en état de fonctionnement.
o La tension réseau est présente
La tension électrique ou différence de potentiel
5
o Les bornes de mesurage des voltmètres sont en contact avec les parties actives sous tension.
V1 = UL - UN = 230V
V1 =
V1 =
V2 =
V2 =
V1 =
V1 =
V1 =
V2 =
V2 =
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Donnez la valeur des tensions V1 et V2 : cette fois, le filament de la lampe est coupé.
V1 =
V1 =
V2 =
V2 =
V1 =
V1 =
V2 =
V2 =
Nature 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
Le téléphone est alimenté par des accumulateurs (batterie) qui fournissent une tension
« continue ».
o
L’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
Les 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) Lois des mailles sur des circuits alimentés par des générateurs de
courant « continu »
La 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
Représentez les voltmètres sur les schémas développés.
o
Calculez en vous aidant de la loi des mailles la valeur indiquée par les voltmètres des trois
circuits représentés ci-dessous ?
Exemple N°1 :
V1 =
V2=
V3=
La tension électrique ou différence de potentiel
Exemple N°2 :
V1 =
V2=
V3=
V4 =
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La tension électrique ou différence de potentiel
Exemple N°3 :
V1 =
V2 =
V3 =
V4 =
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