La tension électrique
Comprendre ce que mesure un voltmètre.
Introduction
Sur une pile, on lit « 1,5 V » ou « 4,5 V » ; sur un chargeur de téléphone, « 5 V » ; sur une prise du secteur, 230 V. Ce nombre suivi de la lettre V indique la tension électrique. C’est une grandeur essentielle pour choisir les bons appareils et les utiliser en sécurité.
L'essentiel à retenir
La tension électrique se note U et s’exprime en volts (V). Elle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation, aux bornes de l’élément.
Dans un circuit 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 éléments branchés en dérivation ont la même tension à leurs bornes : c’est la loi d’unicité.
Explication
La tension électrique existe entre deux points d’un circuit. On peut la comparer à une différence de niveau entre deux réservoirs d’eau : c’est elle qui « pousse » le courant. Son unité, le volt, porte le nom du physicien italien Alessandro Volta, inventeur de la pile en 1800.
Pour mesurer une tension, on utilise un multimètre réglé en voltmètre. Contrairement à l’ampèremètre, il se branche en dérivation, c’est-à-dire directement aux bornes de l’élément, sans ouvrir le circuit. On relie la borne V au côté de la borne + du générateur et la borne COM à l’autre côté. Si l’affichage est négatif, c’est que les fils sont inversés.
Aux bornes d’un générateur, il existe une tension même quand le circuit est ouvert. En revanche, aux bornes d’un fil de connexion ou d’un interrupteur fermé, la tension est quasi nulle. Aux bornes d’un interrupteur ouvert, on mesure la tension du générateur.
Dans un circuit en série, la tension du générateur se partage entre les récepteurs : U = U1 + U2. Avec une pile de 4,5 V et deux lampes identiques, chacune reçoit 2,25 V.
Dans un circuit en dérivation, chaque branche est soumise à la même tension. C’est pourquoi tous les appareils d’une maison, branchés en dérivation, reçoivent 230 V.
Chaque appareil a une tension nominale, inscrite dessus : c’est la tension pour laquelle il fonctionne normalement. Une lampe de 6 V branchée sur 1,5 V brille faiblement (sous-tension) ; branchée sur 12 V, elle risque de griller (surtension).
Exemples
Pile ronde : 1,5 V ; pile plate : 4,5 V.
Batterie de voiture : 12 V.
Prise du secteur en France : 230 V.
Série : générateur 6 V, lampe 1 = 3,8 V, donc lampe 2 = 2,2 V.
Dérivation : deux lampes branchées sur une pile de 4,5 V reçoivent chacune 4,5 V.
Méthode
1. Je règle le multimètre en voltmètre (V, courant continu).
2. Je branche la borne V et la borne COM aux deux bornes de l’élément, en dérivation.
3. Je choisis un calibre adapté, en commençant par le plus grand.
4. Je lis la valeur avec son unité.
5. J’applique la loi d’additivité (série) ou d’unicité (dérivation).
Attention
Ne confonds pas tension et intensité ! La tension (en volts) se mesure en dérivation avec un voltmètre ; l’intensité (en ampères) se mesure en série avec un ampèremètre. Et la tension du secteur (230 V) est mortelle : on ne fait jamais d’expérience avec elle.
Résumé de la notion
La tension U, en volts, se mesure avec un voltmètre branché en dérivation. En série, la tension du générateur est égale à la somme des tensions des récepteurs. En dérivation, tous les éléments ont la même tension. Chaque appareil a une tension nominale.
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