Le potentiel et la tension électriques - Insight

Le potentiel et la tension électriques
Dans un corps neutre les charges électriques positives et négatives
s ’équilibrent exactement au sein des atomes. En comparant les électrons à un
liquide on peut dire alors que leur niveau recouvre juste celui des charges
positives. Si on arrache des électrons à un corps, le niveau de ses électrons
s ’abaisse comme celui d ’un liquide dans un récipient : cela découvre des
charges positives. Il y a un manque, une dépression d ’électrons qui est aussi
une attraction pour que les électrons reviennent. De l ’autre côté, le corps qui a
récupéré les électrons arrachés au précédent voit son niveau d ’électrons
s ’élever au dessus de celui des charges positives. Il y a une surpression
d ’électrons qui manifeste une force pour les expulser et revenir à l ’équilibre.
Pour faire passer à présent un nouvel électron du corps positif vers le corps
négatif, il faut aller le chercher au fond de la dépression pour le faire monter au
sommet de la surpression : c ’est comme aller chercher de l ’eau au fond d ’un
vallon pour l ’amener au sommet d ’une montagne, il faut fournir un travail
d ’autant plus important que la différence de niveau est grande. Cette image
permet de comprendre que le niveau des électrons est en fait un niveau
L ’analogie hydraulique
permet de se faire une assez
bonne idée des phénomènes
électriques : les électrons
soumis à l ’attraction d ’une
charge positive se comportent
un peu comme un liquide
soumis à la pesanteur.
Le niveau d ’énergie auquel
se trouvent les électrons se
mesure en « électron Volt »
(eV) : c ’est le produit de la
charge électrique élémentaire
de chaque électron par le
potentiel électrique auquel ils
se trouvent, exprimé en Volt.
Il faut dépenser une énergie
de 1 Joule pour accumuler 1
Coulomb sous le potentiel de
1 Volt.
PVC
Papier
Papier PVC
Avant le frottement Après le frottement
Papier
PVC
Dans cette représentation
imagée, on voit les atomes du
Des électrons
ont été arrachés
au papier. Leur
Dépression
d ’électrons
Pression d ’électrons
Cette couleur verte
symbolise le niveau des
électrons dans le corps
par rapport à celui des
charges +
Niveau neutre
Des électrons
ont été ajoutés
au PVC. Leur
Électricité de base - J.L.Berger - www.insight-mediations.com 5
permet de comprendre que le niveau des électrons est en fait un niveau
d ’énergie potentielle : plus ce niveau est élevé, plus les électrons ont de
l ’énergie pour revenir vers la neutralité, de même qu ’un corps pesant acquiert
de l ’énergie au sommet d ’une montagne qu ’il dissipera pour dévaler la pente.
Ce niveau d ’énergie des électrons s ’appelle le potentiel électrique. Cette
grandeur peut se mesurer. Son unité est le Volt (V).
Il y a donc entre nos deux corps chargés une différence de potentiel
électrique ou tension qui se mesure aussi en Volts.
Dans l ’espace qui les sépare, le potentiel électrique varie : il y a une pente qui
est d ’autant plus raide que les deux corps sont proches. Cette pente
représente le « champ électrique », là où s ’exerce la force qui attire les
électrons pour leur retour à l ’équilibre. Plus la pente est grande, plus la force
est intense.
S ’il y avait un tuyau entre ces deux récipients, c ’est à dire un corps
conducteur, le liquide coulerait de l’un vers l’autre : les électrons dévaleraient la
pente pour combler la dépression.
Mais ici les deux corps sont isolés par de l ’air et sont isolants eux-mêmes.
Nous sommes en présence d ’électricité statique. Il n ’y a pas de mouvement
d ’électrons. Ce n ’est pas le cas dans le plateau métallique : les électrons ont
pu s ’y déplacer pour aller le plus loin possible du PVC chargé négativement.
1 Volt.
Sur le dessin en bas de la
page l ’axe des énergie et
celui des potentiels sont
orientés en sens inverse à
cause du signe négatif de la
charge des électrons.
imagée, on voit les atomes du
papier et ceux du PVC : ils sont
neutres. Il y a autant de
charges +que d ’électrons.
au papier. Leur
niveau a baissé :
il y a une
dépression
d ’électrons.
au PVC. Leur
niveau s ’est
élevé : il y a une
surpression
d ’électrons.
Energie
Différence de
potentiel
Potentiel
+50Volt
0Volt
- 50 Volt
L ’ unité de tension est
le Volt en souvenir
d ’Alessandro Volta qui
inventa vers 1800 la
première pile électrique.
Ce tracé représente la variation du
potentiel électrique autour du corps
chargé. Si un électron se trouvait
dans les parages, il subirait à
distance une force d ’attraction vers
le potentiel le plus positif.
Niveau de la
neutralité
Pour faire passer un électron depuis le
corps chargé positivement vers celui qui
est chargé négativement, il faut lutter
contre les forces électriques qui le
repoussent d ’un côté et l ’attirent de
l ’autre. Il faut lui faire remonter la
pente de la différence de potentiel.
Avec cet appareil qui permet de mesurer les
potentiels électriques à distance on constate
que le PVC après frottement est à un potentiel
de - 19 000 Volts !
2012