Une pile de 1,5 V, une batterie de voiture de 12 V, une prise du secteur de 230 V : ces valeurs indiquent ce que chaque source peut « donner » aux appareils branchés. Cette grandeur, c’est la tension électrique. Pourquoi une lampe prévue pour 4,5 V grille-t-elle sur le secteur ? Comment la mesurer ? Ce chapitre répond à ces questions.
Ce cours est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.
La tension électrique entre deux points
Un générateur comme une pile « pousse » les porteurs de charge dans le circuit. Cette capacité est caractérisée par une grandeur : la tension électrique, qui existe toujours entre deux points d’un circuit, par exemple entre les deux bornes d’un dipôle.
La tension électrique entre deux points A et B se note UAB (ou simplement U). Son unité dans le Système international est le volt, de symbole V. La tension aux bornes d’un générateur est appelée tension nominale lorsqu’elle est indiquée par le constructeur.
Comme pour d’autres grandeurs, on utilise des multiples et sous-multiples du volt.
| Unité | Symbole | Valeur en volts |
|---|---|---|
| millivolt | mV | 0,001 V = 10−3 V |
| volt | V | 1 V |
| kilovolt | kV | 1 000 V = 103 V |
Quelques ordres de grandeur : pile bouton 3 V ; pile ronde 1,5 V ; pile plate 4,5 V ; batterie de voiture 12 V ; prise de courant 230 V ; ligne à très haute tension 400 kV.
3 500 mV = 3 500 × 0,001 V = 3,5 V. 0,23 kV = 0,23 × 1 000 V = 230 V. 12 V = 12 × 1 000 mV = 12 000 mV.
Mesurer une tension avec un voltmètre
La tension se mesure avec un voltmètre, ou un multimètre réglé en position voltmètre (courant continu pour une pile). Contrairement à l’ampèremètre, le voltmètre se branche en dérivation : on relie ses deux bornes aux deux points entre lesquels on veut connaître la tension, sans ouvrir le circuit.
1. Le circuit étant monté, place le voltmètre en dérivation aux bornes du dipôle étudié.
2. Relie la borne V du côté de la borne + de la pile, et la borne COM du côté de la borne −.
3. Commence par le plus grand calibre, puis diminue-le jusqu’au plus petit calibre supérieur à la valeur lue.
4. Lis la valeur et écris-la avec son unité. Si la valeur est négative, les bornes sont inversées.
Tension aux bornes d’un fil et d’un interrupteur
Aux bornes d’un fil de connexion ou d’un interrupteur fermé, la tension est nulle : U = 0 V. En revanche, aux bornes d’un interrupteur ouvert dans un circuit alimenté, le voltmètre indique la tension du générateur : le circuit est coupé mais la pile maintient sa tension entre les deux contacts. Aux bornes d’une pile non branchée, la tension existe aussi : une pile de 4,5 V indique environ 4,5 V même quand elle ne fournit aucun courant.
Tension nulle et intensité nulle ne sont pas la même chose : un interrupteur ouvert est traversé par un courant d’intensité nulle, mais la tension à ses bornes peut être égale à celle de la pile.
La tension dans un circuit en série
Dans un circuit en série, les dipôles se partagent la tension du générateur. Les mesures montrent que la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des dipôles récepteurs.
Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles : U = U1 + U2.
La tension dans un circuit en dérivation
Dans un circuit en dérivation, toutes les branches sont reliées aux deux mêmes nœuds : la tension est donc la même aux bornes de chaque branche et aux bornes du générateur.
Dans un circuit en dérivation, la tension est la même aux bornes de toutes les branches en dérivation : U = U1 = U2.
Exemples résolus
Un générateur de 9,0 V alimente deux lampes en série. La tension aux bornes de L1 est U1 = 5,4 V. Comme U = U1 + U2, on obtient U2 = 9,0 − 5,4 = 3,6 V.
Deux lampes sont branchées en dérivation sur un générateur de 6,0 V. Les deux branches sont aux mêmes nœuds que le générateur : U1 = U2 = 6,0 V.
On veut mesurer la tension d’une pile de 4,5 V avec un voltmètre de calibres 2 V, 20 V et 200 V. Le calibre 2 V est trop petit : on choisit 20 V, le plus petit calibre supérieur à 4,5 V.
Tension nominale d’une lampe
Une lampe porte une inscription comme « 4,5 V ». C’est sa tension nominale : la tension pour laquelle elle est conçue. Avec une tension plus faible, elle brille moins ; avec une tension beaucoup plus grande, son filament peut fondre et la lampe grille. C’est pourquoi un appareil du commerce doit toujours être alimenté sous sa tension nominale.
L’essentiel à retenir
- La tension électrique se note U, se mesure en volts (V) et existe entre deux points d’un circuit.
- Elle se mesure avec un voltmètre branché en dérivation, aux bornes du dipôle étudié.
- 1 V = 1 000 mV et 1 kV = 1 000 V.
- Aux bornes d’un fil ou d’un interrupteur fermé : U = 0 V ; aux bornes d’un interrupteur ouvert d’un circuit alimenté : tension du générateur.
- En série : la tension se partage, U = U1 + U2.
- En dérivation : la tension est la même aux bornes de chaque branche, U = U1 = U2.