Potentiel ou tension
Pour que les électrons (charges) d'un courant électrique puissent « accomplir un travail », ils doivent transporter de l'énergie. Cette énergie sera transférée aux appareils électriques connectés au circuit électrique et sera transformée en lumière, chaleur ou mouvement.
Une pile fournit aux charges de l'énergie. Plus les charges transportent d'énergie, plus de « travail » elles pourront accomplir. Les charges possèdent donc un potentiel d'accomplir un travail et ce potentiel se perd peu à peu à mesure que le travail est effectué à travers le circuit.
Pour mieux comprendre le concept de potentiel électrique, d'énergie et de pile, utilisons l'analogie d'un circuit de course automobile.
Dans ce circuit, chaque automobile transporte une quantité d'énergie sous forme de carburant. Toutefois, tout le carburant doit être utilisé à chaque tour de circuit et pour pouvoir continuer la course, les automobiles doivent absolument se ravitailler en carburant à chaque tour. Le circuit comprend des pentes en descendant ou les moteurs ne consomment pratiquement aucun carburant, et des pentes en montant ou les moteurs consomment tous le carburant.
Dans un circuit électrique, la pile correspond au point de ravitaillement (pompe à essence), chaque automobile correspond à une charge électrique (1 coulomb) et le carburant correspond à l'énergie que la charge transporte. Les pentes en descendant sont les conducteurs qui résistent très peu au passage des charges et donc où très peu d'énergie est utilisé. Les pentes en montant sont les appareils qui sont branchés sur le circuit. C'est lorsque les charges rencontrent ces appareils que leur énergie est utilisée.
Une pile fournit aux charges de l'énergie. Plus les charges transportent d'énergie, plus de « travail » elles pourront accomplir. Les charges possèdent donc un potentiel d'accomplir un travail et ce potentiel se perd peu à peu à mesure que le travail est effectué à travers le circuit.
Pour mieux comprendre le concept de potentiel électrique, d'énergie et de pile, utilisons l'analogie d'un circuit de course automobile.
Dans ce circuit, chaque automobile transporte une quantité d'énergie sous forme de carburant. Toutefois, tout le carburant doit être utilisé à chaque tour de circuit et pour pouvoir continuer la course, les automobiles doivent absolument se ravitailler en carburant à chaque tour. Le circuit comprend des pentes en descendant ou les moteurs ne consomment pratiquement aucun carburant, et des pentes en montant ou les moteurs consomment tous le carburant.
Dans un circuit électrique, la pile correspond au point de ravitaillement (pompe à essence), chaque automobile correspond à une charge électrique (1 coulomb) et le carburant correspond à l'énergie que la charge transporte. Les pentes en descendant sont les conducteurs qui résistent très peu au passage des charges et donc où très peu d'énergie est utilisé. Les pentes en montant sont les appareils qui sont branchés sur le circuit. C'est lorsque les charges rencontrent ces appareils que leur énergie est utilisée.
Le potentiel électrique mesure donc la quantité d'énergie utilisée par chaque charge.
On utilise aussi les termes « tension électrique » ou « différence de potentiel » pour signifier le potentiel électrique.
Le potentiel est représenté par la variable V, l'énergie par la variable E et la charge par la variable Q. La formule mathématique du potentiel est donc
Le potentiel est représenté par la variable V, l'énergie par la variable E et la charge par la variable Q. La formule mathématique du potentiel est donc
L'énergie (E) se mesure dans l'unité du joule (J) et la charge (Q) se mesure dans l'unité du coulomb (C). Le potentiel (V) se mesure en volts (V).
L’énergie est fournie par une pile ou par une série de piles appelées batterie. Le potentiel maximal théorique d’une pile est de 1,5V. Si on place deux piles en série, on obtient 2 x 1,5V, c’est-à-dire 3V. En plaçant 6 piles en série, on obtient donc 9V.
Formules À partir de la formule de potentiel, on peut dériver les formules suivantes : |
Exemples de problèmes
1) On élève l’énergie d’une charge de 30C de 120J. Quel est le potentiel obtenu?
étape 1 : identifier les données
étape 2 ; poser l'équation
1) On élève l’énergie d’une charge de 30C de 120J. Quel est le potentiel obtenu?
étape 1 : identifier les données
- Q = 30C
- E = 120J
- V = (inconnu)
étape 2 ; poser l'équation
étape 3 : substituer
Étape 4 : solutionner
2) Une batterie de 9V fournit quelle énergie à une charge de 20C?
étape 1 : identifier les données
- V = 9V
- Q = 20C
- E = (inconnu)
étape 2 ; poser l'équation
étape 3 : substituer
étape 4 : solutionner
|
|