Tension électrique

L'étude des phénomènes naturels...

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Sushi
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Tension électrique

Message par Sushi » 16/10/2009 - 1:27:55

Bonjour,

Je ne demanderai pas de précision sur les limites du monde quantique et encore moins sur les principes de la relativité générales.
Mais sur un phénomène tout simple qui reste très obscure pour moi.
LA TENSION ÉLECTRIQUE ! :yxt:

On arrête pas de nous rabattre que la tension est une différence de potentiel, c'est bien joli mais qu'est ce qu'un potentiel ? un nombre plus ou moins important d'électrons ? Autre chose ?

Voila si vous pouviez m'éclairer sur la nature de cette satanée tension électrique, mais de façon la plus simple possible (faites comme si j'étais analphabète).

PS : la définition de wikipédia n'est franchement pas très compréhensible pour moi

Guy Liguily
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Re: Tension électrique

Message par Guy Liguily » 16/10/2009 - 1:55:42

Salut!

En attendant l'explication d'un pro, j'ai trouvé ça pour toi sur le net ;-)

Je cite:

"En effet, la tension électrique est pour le moins peu aisée à définir car elle fait appelle à la définition de potentiel.

Tout d'abord, il faut savoir que seuls sont mesurables les champs (les observables) et que le potentiels ne sont que des artefacts de calcul et ne sont pas mesurables. On peut mesurer une différence de potentiel.

Le potentiel électrique trouve sa définition dans le mot potentiel. Celui-ci à le même sens que celui accordé lorsque l'on parle du potentiel d'une personne. Il caractérise donc l'état de quelque chose (ce quelque chose peut être un point d l'espace, une personne, un objet...) qui est susceptible de pouvoir accomplir une action (exemple, la bombe atomique a un potentiel destructeur immense mais ce n'est pas pour autant qu'on l'utilise tous les jours (deux fois, ça suffit !!), elle est donc capable de destruction).

Mais, un potentiel n'existe pas dans l'unicité, du moins il n'a pas de sens. C'est à dire, qu'il doit nécessairement être en présence d'un autre potentiel pour pouvoir agir. En d'autres termes et pour revenir sur le potentiel électrique, les potentiels ou plutôt la différence de potentiel va caractériser la possibilité qu'à un instant, il y ait mise en mouvement des électrons pouvant créer un courant.

Il peut exister une tension sans qu'il y ait nécessairement un courant mais en revanche, il ne peut exister de courant si à un moment il n'a pas existé de différence de potentiel ( la foudre en est le meilleurs exemple)."

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buck
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Re: Tension électrique

Message par buck » 16/10/2009 - 9:41:32

grosso modo c'est la difference de la quantite de charge entre un point A et un point B, comme pour l'energie potentielle qui correspond a la difference de hateur de l'objet entre un point A et un point B
Le courant etant la quantite de charge passant en un point
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Re: Tension électrique

Message par bongo1981 » 16/10/2009 - 11:10:57

On va faire une petite analogie avec la gravitation.
On a qu'à dire que le potentiel c'est l'altitude, et la tension c'est la différence d'altitude.

Une altitude toute seule ça ne sert à rien, puisque tu peux prendre le zéro de référence où tu veux (au niveau de la mer, dans la fosse des marianes, etc...). L'information qui a une signification physique c'est la différence d'altitude. Quand il y a une petite différence d'altitude, de l'eau peut s'écouler entre le point le plus haut et le point le plus bas, plus cette différence est importante, et plus c'est pentu, et plus l'eau coule vite.

Je ne sais pas si c'est plus clair ?

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fffred
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Re: Tension électrique

Message par fffred » 16/10/2009 - 12:21:24

Je pense que l'analogie avec l'eau est effectivement bien appropriée :
Le courant c'est le débit d'eau dans une rivière, et la tension c'est la pente de cette rivière. On peut aussi dire que la résistance c'est la taille de cette rivière (ou plutôt tout ce qui empêche l'eau de s'écouler trop vite). Mais cette analogie ne va pas vraiment plus loin.
je suis certain que vous croyez avoir compris ce que j'essayais de vous dire, mais êtes-vous sûr que ce que j'ai dit correspondait vraiment à ce que je voulais dire ?

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Re: Tension électrique

Message par Khainyan » 16/10/2009 - 17:32:06

Euh. J'vais peut être faire doublon mais y a besoin de précisé des trucs.
Si tu veux bien comprendre ce qu'est la tension en électrocinétique l'analogie développée par bongo1981 suffit.
C'est la meilleure image que je connaisse...*

Pour comprendre plus intimement les choses il faut revenir aux bases.
La tension est une différence de potentiel, et plus précisément de potentiel électrique. De manière générale, qu'est ce qu'un potentiel? c'est une grandeur dont dérive un champ. Dans note cas il s'agit du champ électrique. Le champ électrique est créé par une distribution de charges électriques (loi de Coulomb).
Voilà.. si tu veux des connaissances plus précise dans le domaine (comment calculer un champ électrique, un potentiel...) le net te fournira tout ce qu'il te faut! Si tu ne trouves pas reviens nous voir.
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Re: Tension électrique

Message par Zoharion » 17/10/2009 - 21:37:55

Sushi a écrit :On arrête pas de nous rabattre que la tension est une différence de potentiel, c'est bien joli mais qu'est ce qu'un potentiel ? un nombre plus ou moins important d'électrons ? Autre chose ?


Puisque tu veux l'origine du potentiel autant être le plus correcte possible.

Revenons aux fondamentaux. De notre connaissance de l'Univers, il existe 4 interactions fondamentales :
- l'interaction forte, qui est (notamment) à l'origine de la stabilité des noyaux atomiques.
- l'interaction faible, qui est à l'origine d'échange d'énergie entre les particules sub-atomiques (leur faisant changer de nature, par exemple)
- l'interaction gravitationnelle, qui tire son origine de la masse des particules
- l'interaction électromagnétique, qui tire son origine de la charge des particules.

Quand on parle d'interaction, on assimile cela à une force qui contraint un objet à se déplacer de plus en plus vite (il accélère). La porté de ces forces est probablement infinie mais leur intensité/amplitude décroit avec la distance plus ou moins rapidement. D'ailleurs on appelle "champ d'une force" l'espace où celle-ci va s'appliquer (cela permet de prédire son intensité/amplitude en tout point de l'espace).

Concernant l'interaction électromagnétique, elle est (pour ce qui nous intéresse) la manifestation des forces échangées entre protons (ayant la charge positive élémentaire, par convention) et électrons (ayant la charge négative élémentaire, par convention) qui ont exactement la même valeur scalaire 1,6.10^(-19) Coulomb (pour être clair, +5 et -5 ont la même valeur scalaire par exemple).

Les atomes sont neutres électriquement parce qu'ils possèdent autant de protons que d'électrons. Dans un atome, les électrons sont répartis en plusieurs couches. Une couche peut-être vue comme une orbite autour du noyau : plus l'électron va vite, plus son orbite sera éloignée du noyau. Les observations ont montré que les couches électroniques avaient un nombre maximum d'électrons. Autrement dit, une fois le nombre maximum d'électrons atteint, les électrons supplémentaires auront une orbite plus éloignée, ils seront placés dans une nouvelle couche. Étant plus éloignés, ils subissent d'autant moins l'attirance des protons. De fait, ils leur faut juste un peu d'énergie pour se libérer de l'atome et cette énergie est apportée par les photons (Note que je simplifie à l'extrême en ne t'expliquant pas les lois de répartitions des électrons dans les couches et les lois sur le passage d'un électron d'une couche à l'autre, lesquelles expliquent notamment les ionisations des atomes).

Donc en gros les atomes possèdent des électrons qui sont facilement arrachables et des électrons qui ne bougeront pas. On parle d'électrons libres dans le premier cas et ce sont eux qui permettent le courant électrique. En effet, une fois ces électrons arrachés de l'atome, d'autres vont prendre le relais pour équilibrer les charges à l'intérieur des atomes et ainsi de suite. C'est ainsi que de proche en proche les électrons se déplacent.

Au final, le potentiel électrique détermine, pour un point donné de l'espace, l'énergie nécessaire pour qu'un paquet d'électrons se déplace jusqu'à ce point. La Tension est la différence de potentiel entre deux points de l'espace, autrement dit c'est le travail nécessaire pour faire bouger une certaine quantité de charges d'un point A à un point B.
Le travail en physique est égal à de l'énergie consommée (Force multipliée par une distance). Soit des Joules. Il en découle qu'une tension c'est du travail divisé par une quantité de charges et par le temps mis pour effectuer ce travail. Soit des Watt par Ampère, qu'on appelle des Volts. Il en découle que la puissance d'un circuit est égale au produit de la tension et de l'intensité (Donc P=U.I).
La tension peut se voir aussi comme le nombre des électrons qui vont réussir à circuler malgré la résistance des atomes à se faire arracher des électrons. La fameuse U=R.I (La Résistance est donc simplement due à l'interaction des protons avec les électrons et aussi aux pertes d'énergie sous forme de chaleur dû aux frottements).

Pour aller plus loin :

Il en découle que P = R.I² donc Watt = Ohm.Ampère² = ?.A²
Or 1 Joule = 1 Newton fois 1 mètre = 1N.m (L'énergie consommée est égale à la force appliquée multipliée par la distance parcourue)

1N = kg.m/s²

1 Watt = 1 Joule divisé par 1 seconde = (kg.m/s²).m/s = kg.m²/s³

Donc ?.A² = kg.m²/s³

Donc les Volts sont égaux à J/s/A = N.m/s/A = kg.m²/s³/A

Ceci n'est pas aberrant puisque les électrons ont aussi une masse...

1 Coulomb est égal à la quantité d'électricité traversant une section d'un conducteur parcouru par un courant d'intensité de 1 ampère pendant 1 seconde, soit A.s

Enfin, d'après les unités, le travail est assimilable au produit d'une force et d'une vitesse : T = F.v

Pour revenir à l'exemple de Bongo :

Le potentiel électrique est V
L'énergie potentiel électrique est q *V (1 Coulomb multiplié par 1 Volt fait bien un Joule)
Cette énergie (qui n'est pour l'instant que potentielle) pourra devenir cinétique si elle passe d'un potentiel de V2 à V1.
Analogie avec la chute d'un corps entre h1 et h2. Sauf que là ça serait plutôt le travail pour élever le corps de h2 à h1.

L'énergie dépensée est donc E = q.(V2-V1)

Pour aller encore plus loin :

Dans le cas de la supraconductivité, la mécanique quantique est obligatoire pour décrire le phénomène qui annule en quelque sorte le champs magnétique des protons. Mais pour résumer, il faut que les protons ne se déplacent plus, qu'ils ne vibrent plus.

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