Quelle est exactement la tension?

Petite question étrange, mais de quoi s'agit-il? Mon professeur de physique a dit que c'était un peu comme une "poussée" qui pousse des électrons dans le circuit. Puis-je avoir une explication plus complexe? Toute aide est très appréciée.

Votre professeur avait raison.

Le courant est constitué de charges électriques (généralement des électrons) en mouvement. Ils ne le font pas par eux-mêmes sans raison, pas plus que lorsqu'un panier se déplace à travers le sol d'un magasin. En physique, on appelle la force qui pousse la force électromotrice , ou "FEM". Il est presque toujours exprimé en unités de volts, nous prenons donc généralement un petit raccourci et disons «tension» la plupart du temps. Techniquement, EMF est la quantité physique et la volt est une unité dans laquelle elle peut être quantifiée.

Les champs électromagnétiques peuvent être générés de plusieurs manières:

1. Électromagnétique. Lorsqu'un conducteur (comme un fil) est déplacé latéralement à travers un champ magnétique, une tension est générée sur la longueur du fil. Les générateurs électriques comme dans les centrales électriques et l’alternateur de votre voiture fonctionnent sur ce principe.

2. Électrochimique. Une réaction chimique peut provoquer une différence de tension. Les piles fonctionnent sur ce principe.

3. Photovoltaïque. Crash photons dans une diode à semi-conducteur au bon endroit et vous obtenez une tension. Voici comment fonctionnent les cellules solaires.

4. Électrostatique. Frottez deux matériaux appropriés et l’un jette des électrons sur l’autre. Deux matériaux qui présentent bien ce phénomène sont un peigne en plastique et un chat. C'est ce qui se produit lorsque vous mélangez le bon type de tapis, puis vous vous faites zapper lorsque vous touchez un objet en métal. Vous pouvez frotter un ballon contre votre chemise, ce qui permet au ballon de "coller" à autre chose. Dans ce cas, la FEM ne peut pas faire bouger les électrons, mais elle tire toujours sur eux, qui à leur tour tirent sur le ballon sur lequel ils sont collés.

   Cet effet peut être amplifié pour faire varier les hautes tensions et constitue la base du fonctionnement des générateurs Van de Graaff .

5. Thermoélectrique. Un gradient de température le long de la plupart des conducteurs provoque une tension. C'est ce qu'on appelle l' effet Siebeck . Malheureusement, vous ne pouvez pas exploiter cela parce que pour utiliser cette tension, il y a finalement une boucle fermée. Toute tension gagnée par une élévation de température dans une partie de la boucle est alors compensée par une baisse de température dans une autre partie de la boucle. L'astuce consiste à utiliser deux matériaux différents qui présentent une tension différente en raison du même gradient de température (coefficient de Siebeck différent). Utilisez un matériau sortant d’une source de chaleur et un autre qui revient, et vous obtenez une tension nette que vous pouvez utiliser à la même température.

   La tension totale que vous obtenez aller et retour, même avec une différence de température élevée, est assez petite. En combinant plusieurs de ces combinaisons, vous obtenez une tension utile. Un aller-retour est appelé un thermocouple et peut être utilisé pour détecter la température. Beaucoup ensemble est un générateur de thermocouple. Oui, ceux-là existent réellement. Des engins spatiaux ont été alimentés selon ce principe, la source de chaleur provenant de la désintégration d'un radio-isotope.

6. Thermoïonique . Si vous chauffez quelque chose d'assez haut (100 ° C), les électrons à sa surface bougent si vite qu'ils s'envolent parfois. S'ils ont un endroit où atterrir plus froid (afin qu'ils ne s'envolent plus de là), vous avez un générateur thermo-ionique. Cela peut sembler farfelu, mais des engins spatiaux ont également été alimentés selon ce principe, la source de chaleur étant à nouveau une désintégration radio-isotopique.

   Les tubes électroniques utilisent ce principe en partie. Au lieu de chauffer quelque chose pour que les électrons s'envolent d'eux-mêmes, vous pouvez le chauffer presque à ce point pour qu'ils s'envolent lorsqu'un peu de tension supplémentaire est appliquée. C’est la base de la diode à tube à vide et elle est importante pour la plupart des tubes à vide. C'est pourquoi ces tubes avaient des radiateurs et on pouvait les voir briller. Il faut des températures brillantes pour arriver à un effet thermionique important.

7. Piézoélectrique. Certains matériaux (cristal de quartz par exemple) génèrent une tension lorsque vous les pressez. Certains microphones fonctionnent sur ce principe. Les ondes de pression variables dans l'air que nous appelons son squish et écrasent alternativement un cristal de quartz, le faisant ainsi en sorte de produire de minuscules ondes de tension. Nous pouvons les amplifier pour faire éventuellement des signaux que vous pouvez enregistrer, piloter des haut-parleurs avec lesquels vous pouvez les entendre, etc.

   Ce principe est également utilisé dans de nombreux allumeurs de barbecue. Un mécanisme à ressort frappe assez durement le cristal de quartz de manière à produire suffisamment de tension pour provoquer une étincelle.

En utilisant une analogie de fluide, la tension est la pression, le courant est le débit.

"Tension" est une quantité dérivée. Il est difficile de comprendre sa signification physique sans comprendre les quantités dont il est dérivé.

$P_1$$P_2$$q_1$$q_2$$r$

$F = k\dfrac{q_1 q_2 }{r^2}$

$P_1$$P_2$$P_1$$P_2$$q_2$$q_1$$q_2$

$\bar{E} = \lim \limits_{q_1 \to 0} \dfrac{\bar{F}}{q_1} \quad \mbox{(} q_2 \mbox{ is unit positive charge)}$

$q_1$

$\bar{E}$

$P_2$

$V_2 = - \int \limits_{\infty}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}$

$P_2$$P_3$$\bar{E}$$q_1$

$V_2 - V_3 = \left(-\int \limits_{\infty}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}\right) - \left(-\int \limits_{\infty}^{P_3} \bar{E} d\bar{\ell}\right) = \int \limits_{P_3}^{P_2} \bar{E} d\bar{\ell}$

$\bar{E} = - \bar{\nabla} V$ ). Ces intégrales de ligne sont indépendantes du chemin.

Donc, ceci est la définition du champ potentiel. Un point aura toujours un potentiel même s'il n'est pas facturé. Pensez-y comme à "l'énergie nécessaire pour y amener une charge unitaire de l'infini". La différence potentielle entre deux points est similaire; c'est l'énergie nécessaire pour transporter une unité de charge d'un point à un autre. Ou bien réfléchissez à un exemple plus concret, comme pour les corps célestes. La différence potentielle entre une hauteur de 100 km et une hauteur de 200 km au-dessus de la surface de la Terre n'est rien d'autre que des différences d'énergies potentielles entre deux objets de 1 kg à des hauteurs données.

Lorsque nous arrivons dans le monde réel, le potentiel d'un point est constitué de tous les potentiels individuels causés par les charges autour (la théorie de la superposition s'applique).

Une tension apparaît chaque fois qu'il y a un déséquilibre de charge électrique (c'est-à-dire des électrons). Étant donné que les charges identiques se repoussent et que les charges opposées s’attirent, toute collecte de particules chargées électriquement crée une sorte de force les unes sur les autres. S'il existe un déséquilibre négatif-positif, une sorte de "pression" ou de "poussée" se forme. Dans les matériaux conducteurs, les électrons sont libres de circuler à travers le matériau, au lieu d'être fixés dans des atomes, et vont donc s'écouler au point de moindre "pression".

Quelques considérations compliquées:

• L'électricité et la chimie sont étroitement liées. Dans une batterie, par exemple, un déséquilibre chimique crée un déséquilibre électrique (tension) aux bornes en poussant les particules chargées vers un côté. La chimie affecte également les conditions électriques de différentes manières.
• Le courant (I) est le flux d'électrons, cependant, les électrons (puisqu'ils sont négatifs) s'écoulent dans le sens opposé du "courant". Le courant est alors le flux conceptuel de charge positive, même si le flux réel est négatif, mais dans l'autre sens. Cela démontre qu'une "poussée" négative est exactement la même chose qu'une "attraction" positive.

Une définition que j'ai entendue est:

La tension est le potentiel (pour la charge) de faire un travail.

$V = {dE \over dQ}$$E$$Q$

Réponse rapide, première approximation, règle générale: la tension est la pression électrique.

Mais développer cela: la tension n’est pas comme la pression, pas exactement. Au lieu de cela, il s'agit d'un concept mathématique / physique appelé "potentiels". La tension s'apparente plus à l'altitude dans un champ de gravité, où chaque électron ou proton est comme un rocher. L'altitude n'est ni pression, ni poids, ni force. Si un rocher est au sommet d'une colline, le rocher à un emplacement à fort potentiel. Cela signifie que le rocher stocke l'énergie potentielle (PE) et le libérera sous forme d'énergie cinétique (KE) s'il est autorisé à descendre en descente (déplacer vers un emplacement à faible potentiel.) Levé à la même tension (altitude), de plus gros rochers aurait plus PE.

Plus précis: la tension est le potentiel électrique. Ce n'est pas une force (ce n'est pas comme la force ou le poids du bloc, ni la quantité de force exercée sur une charge électrique dans un champ électrique.) De plus, la tension n'est pas une énergie potentielle, car si nous enlevons le bloc, alors la gravité, l'altitude et le potentiel existent toujours. Les potentiels font partie du champ même. Des modèles de tension peuvent être suspendus dans un espace vide.

La tension est une manière de décrire / visualiser / mesurer les champs électriques.

Pour décrire les champs électroniques, nous pouvons tracer des lignes de flux entre des charges électriques opposées. Ou bien, nous pouvons dessiner le motif de tension, les surfaces iso-potentielles, en les tirant perpendiculairement aux lignes de flux. Partout où nous trouvons des lignes de force électriques, nous trouvons aussi du courant.

Qu'est-ce que la tension non? Quelles sont les idées fausses typiques? En voici un gros: "la tension est une sorte d'énergie potentielle." Nope, faux. Au lieu de cela, la tension est le concept mathématique "Potentials", qui ne sont pas de l'énergie, ni "le potentiel de faire quelque chose". Voici un autre malentendu: "la tension est l'énergie potentielle par unité de charge". Nope, faux. Ce n'est que la définition physique de l'unité de la Volt, en la reliant aux unités de Joule et de Coulomb. En réalité, c'est l'inverse qui se produit: la quantité d'énergie (quantité de travail nécessaire pour déplacer une charge sur une certaine différence de tension) est obtenue en multipliant la charge par le changement de tension! L'énergie électrique est déterminée par la tension! Mais la tension elle-même ne nécessite ni charge en mouvement ni énergie potentielle stockée, car la tension est un moyen de décrire un champ dans un espace vide. Les charges de test utilisées pour décrire la tension sont des charges infinitésimales imaginaires. Un autre miscon: "la tension apparaît à la surface des fils." Mauvaise, la tension s'étend réellement dans l'espace autour des fils. À mi-chemin entre les bornes de votre batterie 9V, vous trouverez un potentiel de 4,5V, accroché seul dans un espace vide! Mais les voltmètres classiques ne détectent pas la tension d’espace, car cela nécessite un voltmètre avec une infinité Z (inp), ou au moins quelques centaines de gigohms. Les voltmètres DMM 10Meg normaux consomment un courant important, court-circuitent tout champ e-pur, ils doivent donc être touchés par les surfaces des conducteurs pour mesurer la tension. Je trouverai un potentiel de 4,5V, accroché seul dans un espace vide! Mais les voltmètres classiques ne détectent pas la tension d’espace, car cela nécessite un voltmètre avec une infinité Z (inp), ou au moins quelques centaines de gigohms. Les voltmètres DMM 10Meg normaux consomment un courant important, court-circuitent tout champ e-pur, ils doivent donc être touchés par les surfaces des conducteurs pour mesurer la tension. Je trouverai un potentiel de 4,5V, accroché seul dans un espace vide! Mais les voltmètres classiques ne détectent pas la tension d’espace, car cela nécessite un voltmètre avec une infinité Z (inp), ou au moins quelques centaines de gigohms. Les voltmètres DMM 10Meg normaux consomment un courant important, court-circuitent tout champ e-pur, ils doivent donc être touchés par les surfaces des conducteurs pour mesurer la tension.

Quelle est la tension? C'est un empilement de membranes invisibles qui remplissent l'espace entre les plaques de condensateur chargées. La tension est le motif de couches d'oignons concentriques qui entourent tout objet chargé, les couches d'oignons s'étendant perpendiculairement aux lignes de flux du champ électrique. Ainsi, «piles de couches de tension» est une façon de décrire un champ électrique. L'autre moyen plus familier consiste à utiliser des «lignes de force».

En fait, nous ne pouvons pas.

La force électrostatique est proportionnelle au gradient de potentiel, mais pas directement au potentiel. La force sur un coulomb de charge est proportionnelle au gradient de potentiel:

$F= Q \times {d[V]\over dl }$

En fait, 1 V signifie que si vous avez 1 joule d’énergie électrique, elle sera transférée en énergie mécanique sur une charge de +1 Coulomb [pour qu’elle accélère ou augmente son 1 / 2mV ^ 2 de 1 J]. C'est en fait analogue à l'énergie.

Ajoutant à ce que Gunnish a dit:

La tension au point A est littéralement une mesure du travail que vous auriez à faire si vous deviez pousser une charge positive de 0V (généralement définie comme infiniment loin de A ou terre) à A.

La tension est importante en électronique car si nous commençons avec une charge positive au point A, il est capable d'effectuer le même travail jusqu'à 0V (par exemple, allumer une LED).

Ce qui pousse les élections, c’est une différence d’énergie potentielle, un peu comme la façon dont vous êtes poussé / poussé à la terre par la gravité. Cela génère probablement un effet favorable pour que les électrons se déplacent dans un sens, ce qui explique aussi en partie pourquoi les électrons se déplacent "de manière aléatoire" dans un fil.