Cours pour la 4ème : La tension
Chapitre 3 – La tension
- Thème 3 : L’énergie et ses conversions
- Module 7-Les circuits électriques
I- La tension électrique
- Généralités
Activité documentaire : Comment mesurer une tension électrique ?
- La tension électrique est un déséquilibre de charges électriques entre les deux bornes d’un dipôle.
- La tension électrique se mesure avec un voltmètre, de symbole branché en dérivation.
Remarque : Le courant doit entrer par la borne « V » et sortir par la borne « COM ».
- On note U la tension électrique aux bornes d’un dipôle. Son unité est le Volt, de symbole V. On utilise souvent des sous-multiples :
1 kV = 1 000 V = 1×103 V
1 mV = 0, 001V = 1 x 10-3 V
Remarque : la tension est toujours nulle aux bornes de fil de connexion, d’un interrupteur fermé ou d’un récepteur qui n’est pas en fonctionnement.
- On trouve sur les appareils électriques une valeur de tension : c’est la tension nominale. Elle correspond à la valeur de la tension pour laquelle un appareil électrique fonctionne de manière optimale.
- La tension électrique dans un circuit en série
Activité expérimentale : Quelle est la loi de la tension dans un circuit en série ?
- Dans un montage en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des récepteurs: c’est la loi d’additivité des tensions.
- Le changement de l’ordre de branchement des dipôles ne modifie pas la tension à leurs bornes.
- La tension électrique dans un circuit avec dérivations
Activité expérimentale : Quelle est la loi de la tension dans un circuit en dérivation ?
- Dans un circuit en dérivation, la tension délivrée par le générateur est égale à la tension aux bornes de l’ensemble des récepteurs d’une branche secondaire : c’est la loi d’unicité des tensions.
Rappel : La branche principale du circuit est la branche où se trouve le générateur.
Les branches secondaires sont celles où se trouvent les récepteurs.
II- Tension continue et tension alternative
Démarche d’investigation : Une maquette de train électrique
- La tension aux bornes d’une pile ne varie pas au cours du temps, elle est constante : on parle de tension continue.
- La tension aux bornes d’un générateur basse fréquence (GBF) ou d’un alternateur est variable car elle change de valeur et de signe au cours du temps : on dit qu’elle est alternative.
Remarque : La tension à la sortie des centrales électriques et donc dans les prises du secteur est alternative.
III-Grandeurs caractéristiques d’une tension sinusoïdale
- Tension efficace, période et fréquence
Activité de découverte : Observation de tensions à l’oscilloscope (faite par le professeur)
- On peut observer la courbe de variation de la tension en fonction du temps à l’aide d’un Elle est appelée sinusoïde et la tension est dite sinusoïdale.
- La tension produite par un alternateur passe constamment entre deux valeurs extrêmes Umax (valeur maximale) et Umin (valeur minimale) en passant par la valeur 0 : elle n’a donc pas, à chaque instant, la même efficacité sur le fonctionnement des appareils qu’elle alimente.
- En mode alternatif, un voltmètre mesure une valeur de tension « fixe » que l’on appelle tension efficace, notée Ueff : c’est la valeur qu’aurait une tension continue produisant les mêmes effets que cette tension alternative.
- Dans le cas de tension sinusoïdale, on a :
- Cette tension est constituée d’un motif élémentaire qui se reproduit à l’identique au bout d’une durée appelée période (durée du motif), notée T et exprimée en seconde : on parle alors de tension périodique.
- Le nombre de période par seconde est appelé fréquence, notée f et exprimée en Hertz (Hz). On a donc :
- Tension du secteur
Activité expérimentale : Quelle sont les caractéristiques de la tension du secteur ?
- La tension du secteur est la tension mesurée entre la borne active (ou phase) d’une prise de courant et sa borne passive (ou neutre). C’est aussi la tension entre la borne phase et borne terre.
- La tension du secteur est alternative et sinusoïdale.
- Sa période T est de 20 ms et donc sa fréquence f est égale à 50 Hz.
- La valeur maximale de la tension vaut Umax = 325 V.
- La valeur efficace Ueff vaut :
Ueff = Umax/√2 = 230 V.
- L’utilisation du secteur présente des dangers (électrocution, incendie). En effet, la tension maximale de secteur est au-dessus des tensions non dangereuses appelées TBTS (très basses tensions de sécurité), c’est-à-dire des tensions alternatives inférieures à 25 V.
Dans ce chapitre 3 consacré aux “La tension”, vous trouverez :
- Feuille d’exercices
- Quelle sont les caractéristiques de la tension du secteur ? : Activité expérimentale
- Quelle est la loi de la tension dans un circuit en série ? : Activité expérimentale
- Quelle est la loi de la tension dans un circuit en dérivation ? : Activité expérimentale
- Comment mesurer une tension électrique ? : Activité documentaire
- Une maquette de train : Démarche d’investigation
