Tension électrique
La tension électrique est la circulation du champ électrique le long d'un circuit. Elle est souvent confondue avec la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit électrique, car les deux notions coïncident en régime stationnaire et sont approximativement équivalentes dans de nombreuses applications pratiques en régime variable.
Néanmoins, dans un cas général, en régime variable, la circulation du champ électrique n'étant plus conservative en raison du phénomène d'induction électromagnétique, la tension et la différence de potentiel ne sont alors plus synonymes1,2. Dans ce cas général, la différence de potentiel perd sa signification physique et doit être remplacée par la notion de tension2.
La tension est souvent nommée voltage par le grand public, mais ce terme n'est pas utilisé professionnellement car il s'agit d'un anglicisme.
Description
Le symbole normalisé d'une tension électrique est U3.
L'unité de mesure en est le volt, unité de symbole V.
Dans les schémas électriques on se sert de la lettre U associée à d'autres symboles pour désigner les différents potentiels électriques.
En règle générale, les grandeurs électriques constantes (cas d'un circuit en courant continu) sont représentées par une majuscule et celles pouvant varier dans le temps par une minuscule ou une majuscule avec l'indice t4.
En triphasé, on note les tensions composées (tensions entre phases) U et les tensions simples (tensions entre phase et neutre) V5.
Si dans un circuit électrique constitué d'éléments de résistance non nulle, il existe un courant électrique, c'est qu'il existe dans ce circuit un générateur entretenant une tension à ses bornes.
Mesure
On peut mesurer la tension à l'aide d'un voltmètre branché en parallèle/ dérivation sur le circuit6.
Définition et interprétation physique
La tension électrique aux bornes d'un dipôle est toujours égale à la circulation du champ électrique à l'intérieur de ce dipôle.
En d'autres termes, la tension électrique représente le travail de la force électrique (qui règne au sein du dipôle) sur une particule chargée, divisé par la valeur de la charge (dans le cas d'un générateur de tension continue, une pile par exemple, la tension électrique à vide de cette pile, appelée force électromotrice (fem), est le travail de la force électrostatique de propulsion sur les électrons)7.
On parlera donc d'énergie échangée par unité de charge, qui peut être comparée, si l'on ne tient pas compte des unités, à l'énergie échangée pour une charge de 1 coulomb.
Son unité est donc celle d'une énergie divisée par une charge électrique, c'est-à-dire le joule par coulomb, lequel équivaut au volt7.
Tout dipôle d'un circuit électrique développe une tension à ses bornes, ce qui revient à dire qu'il échangera une certaine énergie avec les charges en mouvement le traversant, qui sont, dans un nombre important de cas, des électrons. Cette tension est égale à l'énergie par unité de charge, échangée entre chaque particule chargée qui traverse le dipôle et le dipôle lui-même7.
Dans le cas de la traversée d'un générateur d'énergie, l'énergie reçue par les charges est convertie en un déséquilibre électrostatique (densité volumique de charge différente d'un point à un autre) qui crée la tension aux bornes du générateur. Autrement dit, l'énergie gagnée par une charge dans le générateur est convertie en énergie potentielle qui sera transformée dans le reste du circuit.
W/q reçu dans générateur = tension générateur
Dans le cas de la traversée d'un récepteur d'énergie, l'énergie prise aux particules chargées par le dipôle a pour effet de « retenir » aux bornes du récepteur une partie (plus ou moins grande suivant le nombre de récepteurs) de la tension du générateur. Cette tension a pour effet de fournir l'énergie nécessaire aux charges pour la traversée du dipôle récepteur.
W/q perdue dans le récepteur = tension récepteur
Si on note e la charge électrique d'un électron en coulombs et u la tension d'un dipôle en volts, alors chaque électron traversant ce dernier y gagnera ou y perdra (suivant le signe de u) une énergie égale à W = u * e joules.
Loi physique
D'après la seconde loi de Kirchhoff, également appelée loi des mailles, et valable dans l'approximation des régimes quasi-stationnaires (c'est-à-dire lorsque le temps de propagation de la tension d'un bout à l'autre du circuit est négligeable devant le temps caractéristique de la variation de la tension du générateur), on peut dire que la somme des tensions (avec leur signe suivant la nature du dipôle) dans une maille d'un circuit est nulle. On désigne ici par maille, un chemin permettant aux charges électriques libres de se déplacer, d'effectuer un tour complet (c'est-à-dire de partir d'un point et de pouvoir y revenir). Pour l'application de cette loi, on attribue un signe aux tensions du circuit : positives pour les générateurs et négatives pour les récepteurs.
L'important est de bien discerner que le passage par un générateur donne de l'énergie alors que le récepteur en retire. L'énergie reçue par les différents récepteurs du circuit est bien sûr égale à celle fournie par le ou les générateurs.
En toute rigueur, la loi des mailles n'est plus applicable en régime rapidement variable, les tensions n'étant plus conservatives et leur somme sur un circuit fermé n'étant plus nulle.
Réseaux électriques
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