VOLT OU VOLT: CONCEPT ET FORMULES, ÉQUIVALENCES, EXEMPLES - PHYSIQUE - 2025

Le volt ou le volt est l'unité utilisée dans le système international d'unités SI pour exprimer la tension et le potentiel électrique, l'une des principales grandeurs de l'électricité. La tension fait le travail nécessaire pour démarrer les charges électriques et ainsi créer un courant. Le courant électrique, voyageant à travers les conducteurs, est capable de démarrer les moteurs, de transmettre des informations, d'éclairer les avenues et les maisons, et bien plus encore.

Le nom volt en tant qu'unité, a été choisi en l'honneur d'Alessandro Volta (1745-1827), le physicien et chimiste italien qui a inventé la batterie électrique vers 1800. A cette époque, l'anatomiste Luigi Galvani avait vérifié que les pattes de grenouille pouvaient être contrat en appliquant l'électricité. Volta, conscient de ces résultats, s'est également mis à rechercher des charges électriques dans les tissus animaux, à l'aide d'un électroscope.

Figure 1. Assortiment de piles AA avec une tension nominale de 1,5 V, largement utilisées dans les petits appareils, tels que les radios, les appareils photo, les lampes de poche et les jouets. Source: Pixabay.

Cependant, Volta n'a pas trouvé ce qu'il cherchait dans les matières organiques et a finalement été convaincu que les charges électriques étaient, d'une manière ou d'une autre, dans les métaux avec lesquels il touchait les cuisses de grenouilles.

Figure 2. Portrait d'Alessandro Volta. Source: Wikimedia Commons.

Volta s'est également rendu compte que deux métaux différents produisaient une différence de potentiel et que certaines combinaisons étaient meilleures que d'autres. C'est ainsi qu'il a construit la première batterie: des feuilles de feutre humidifiées dans une solution saline entre deux électrodes d'argent et de zinc. Il a empilé plusieurs de ces couches et a ainsi pu produire un courant électrique stable.

Concept et formules

En 1874, le volt, ainsi que l'ohm, ont été adoptés comme unités de tension et de résistance respectivement, par une commission de la British Association for the Advancement of Science (BAAS) composée de scientifiques notables du monde entier.

A cette époque, on les appelait «unités pratiques» et aujourd'hui elles font partie du Système international d'unités ou SI.

Dans la plupart de la littérature, la différence de potentiel est définie comme l'énergie par unité de charge. En effet, si vous avez une charge électrique au milieu d'un champ électrique produit par une autre charge, vous devez faire des travaux pour les faire passer d'un endroit à un autre.

Le travail effectué est stocké dans la configuration des charges en tant que changement de leur énergie potentielle électrique, que nous appellerons ∆U. Le symbole ∆ indique ce changement ou cette différence, puisque ∆U = _Final U - _{Initial Initial}.

De cette manière, la différence de potentiel entre deux points ∆V est définie comme:

Puisque l'énergie a des unités de joule (J) et que la charge vient en coulomb (C), une tension de 1 volt (V) équivaut à 1 joule / coulomb:

Ainsi, 1 volt équivaut à une différence de potentiel faisant le travail de 1 joule pour chaque coulomb.

Définition alternative du volt

Une autre façon de définir le volt consiste à relier le courant électrique et la puissance. De cette manière, 1 volt (V) est la différence de potentiel entre deux points sur un fil à travers lequel circule un courant de 1 ampère (A) si la puissance dissipée est de 1 watt (W). Donc:

Cette définition est importante car elle implique l'intensité du courant électrique, qui est l'une des grandeurs fondamentales de la physique. Par conséquent, l'ampère appartient au groupe des sept unités fondamentales:

Il est possible de vérifier que les deux définitions sont équivalentes, sachant que 1 watt vaut 1 joule / seconde et 1 ampère vaut 1 coulomb / seconde, d'où:

Les secondes sont annulées et J / C reste, équivalent à 1 newton. mètre / coulomb. Par conséquent, 1 volt est également exprimé comme:

Loi d'Ohm

Pour certains matériaux, une relation linéaire entre la tension (V), le courant (I) et la résistance électrique (R) d'un matériau est remplie, ce que l'on appelle la loi d'Ohm. De cette façon:

Comme les unités de résistance électrique sont des ohms (Ω), il s'avère que 1 V = 1 A.Ω

Equivalences

Pour mesurer les tensions, le multimètre ou le testeur et l'oscilloscope sont principalement utilisés. Le premier offre une mesure directe de la tension et le second dispose d'un écran pour afficher la forme du signal, ainsi que sa valeur.

Figure 3. Multimètre numérique utilisé pour mesurer diverses grandeurs électriques. Source: Pixabay.

Il est courant de trouver des valeurs bien supérieures ou inférieures au volt, il est donc utile d'avoir les équivalences entre les multiples et les sous-multiples:

-1 kilovolt (kV) = 1000 V

-1 millivolt (mV) = ^10-3 V

-1 microvolt (μV) = 10 ^-6 V

Exemples

Tensions en biologie

Dans le cœur, il y a une zone appelée le nœud sinusal, qui se comporte comme une batterie en générant des impulsions électriques qui stimulent le rythme cardiaque.

Le graphique de la même chose est obtenu au moyen d'un électrocardiogramme, qui offre les valeurs du cycle cardiaque: durée et amplitude. Grâce à cela, des anomalies dans le fonctionnement du cœur peuvent être détectées.

Les valeurs typiques du potentiel de membrane, à l'intérieur du cœur, sont comprises entre 70 et 90 mV, tandis que l'électrocardiographe est capable d'enregistrer des tensions de l'ordre de 1 mV.

Figure 4. Un électrocardiogramme enregistre l'activité électrique du cœur. Source: Pixabay.

Le système nerveux fonctionne également par impulsions électriques. Des tensions d'environ 70 mV peuvent être mesurées dans les nerfs humains.

Tensions sur Terre

La Terre a son propre champ électrique dirigé vers l'intérieur de la planète, de cette façon on sait qu'elle est chargée négativement. Entre la surface et les couches supérieures de l'atmosphère, il y a des champs dont la magnitude varie entre 66 et 150 N / C, et des différences de potentiel allant jusqu'à 100 kV peuvent être établies.

D'autre part, les courants naturels qui circulent dans le sous-sol, permettent de caractériser un terrain grâce à l'utilisation de méthodes électriques en géophysique. Un test consiste à insérer des électrodes sur le terrain, deux pour la tension et deux pour le courant et à mesurer les grandeurs respectives.

En faisant varier la configuration des électrodes de différentes manières, il est possible de déterminer la résistivité du sol, propriété qui indique à quel point le courant peut circuler facilement ou difficilement dans un matériau donné. En fonction des valeurs obtenues, on peut déduire l'existence d'une anomalie électrique, ce qui peut indiquer l'existence de certains minéraux dans le sous-sol.

Tensions dans les appareils couramment utilisés

-Réseau domestique (tension alternative): 110 V en Amérique et 220 en Europe.

- Bougies d'allumage dans la voiture: 15 kV

-Batterie de voiture: 12V

-Une pile sèche pour jouets et lampes de poche: 1,5 V

-Tension dans la batterie d'un smartphone: 3,7 V.

Références

1. Commission électrotechnique internationale CEI. Contexte historique. Récupéré de: iec.ch.
2. Griem-Kee, S. 2016. Méthodes électriques. Récupéré de: geovirtual2.cl.
3. Kirkpatrick, L. 2007. Physique: un regard sur le monde. 6 ^ta Edition abrégée. Apprentissage Cengage.
4. Knight, R. 2017. Physique pour les scientifiques et l'ingénierie: une approche stratégique.
5. Le cahier d'information sur la physique. Champ électrique sur terre. Récupéré de: hypertextbook.com.
6. Wikipédia. Électrocardiogramme. Récupéré de: es.wikipedia.org.
7. Wikipédia. Ampleur physique. Récupéré de: es.wikipedia.org.