Qu’est-ce qu’une chute de tension dans un circuit électrique ?

Dans cette Question Fréquente d’Ingénierie, nous donnerons une brève explication conceptuelle des chutes de tension et discuterons de la polarité des tensions tombées aux bornes des résistances, des condensateurs et des inductances.

Tension, travail et flux de courant

Une batterie convertit l’énergie chimique en énergie électrique, produisant une tension – c’est-à-dire une différence de potentiel électrique – entre ses deux bornes. Une résistance est un composant qui crée une quantité spécifiée de résistance au courant électrique. Lorsque nous connectons les deux bornes d’une résistance aux deux bornes d’une batterie, les porteurs de charge se déplacent dans le circuit, et nous appelons cela le courant électrique.

La tension traduit la capacité à effectuer le travail de déplacement de la charge d’un point à un autre. Une batterie de 5 V, par exemple, peut fournir un travail de 5 joules par coulomb de charge. Lorsque le courant circule dans une résistance, nous pouvons mesurer la quantité de travail (par unité de charge) nécessaire pour que le courant continue de circuler dans la résistance.

C’est l’essence même de la chute de tension : une batterie (ou une source de tension) fournit de l’énergie pour effectuer le travail de déplacement de la charge. Lorsque le courant circule, les composants tels que les résistances consomment de l’énergie, et la quantité de travail par unité de charge associée au courant qui circule dans un composant donné est la chute de tension du composant.

La tension chutée par un composant représente une partie de la tension générée par la batterie. En d’autres termes, le travail effectué par la batterie est réparti entre les composants du circuit.

Nous pouvons intuitivement reconnaître que conduire une quantité donnée de courant à travers plus de résistance nécessitera plus de travail. Ainsi, si deux résistances sont en série (ce qui signifie qu’elles ont le même flux de courant), la résistance la plus résistante présente une chute de tension plus importante. C’est la base du fonctionnement du circuit diviseur de tension.

Polarité des chutes de tension

Une résistance fonctionne toujours comme une charge, c’est-à-dire comme un composant qui consomme de l’énergie. Si nous adoptons le modèle conventionnel de circulation du courant, dans lequel le courant circule d’une tension plus élevée vers une tension plus faible, la chute de tension aux bornes d’une résistance est positive là où le courant entre dans la résistance et négative là où le courant sort de la résistance :

Modèle de circulation du courant illustrant comment une chute de tension est positive là où le courant entre dans une résistance et négative là où il en sort.

Cette polarité  » s’oppose  » à la tension de la source : si on connectait une batterie avec cette même orientation de polarité, elle conduirait le courant dans la direction opposée (ou elle s’opposerait à la tension de la source, selon la façon dont on y pense).

Les condensateurs et les inducteurs stockent de l’énergie, et par conséquent, ils peuvent fonctionner comme une charge ou une source. Lorsqu’ils agissent comme des charges, ils ont la même polarité de chute de tension qu’une résistance.

Lorsqu’ils agissent comme des charges, les condensateurs et les inducteurs ont la même polarité de chute de tension qu’une résistance.

La polarité de chute de tension d’un condensateur ne change pas lorsqu’il commence à se décharger. Même s’il agit comme une source, il produit un courant dont le sens est opposé à celui du courant de charge.

Cependant, lorsqu’une inductance se décharge, elle tente de maintenir la circulation du courant. Ainsi, la polarité de la chute de tension de l’inducteur change, car il génère un courant dont le sens est le même que celui du courant de charge produit par la source.

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