Comprendre en détails la loi d'additivité des tensions dans un montage série

[taylorjean]

Bonsoir, je repose une question sur le forum parce qu'elle n'as pas eu de reponse,
"
Je reprends les bases de l'électronique pour un projet personnel en m'aidant d'un livre. Je bloque très rapidement sur le chapitre du montage des piles en série.

On part du principe que la tension aux bornes d'une pile est liée à un déséquilibre de charge : surplus d'electron dans un compartiment de la pile et carence dans l'autre.

Je me représente donc une quantité finie d'electrons qui transiteront de la borne négative à la borne positive de la pile dès lors que ces dernières seront reliées par un fil.

Je ne comprends donc pas pourquoi un montage en série implique d'additionner les tensions.

Prenons un exemple très simple...

2 piles en séries et une LED. Chaque pile dispose d'un compartiment avec 3 electrons en trop (après tout le voltage représente une quantité absolu d'electron, n'est-ce pas?) et d'un compartiment avec 3 electrons en moins.
Je prends également l'hypothèse qu'aucun electron est échangé entre les deux compartiments au sein même de la pile (càd si la pile est toute seule et que les bornes ne sont pas reliées entre elles par un fil).

Pour simplifier les explications qui vont venir :
Pile 1 :
compartiment - (A)
compartiment + (B)
Pile 2 :
compartiment - (A')
compartiment + (B')

La LED est en série entre A et A'.
Il y aura un échange de 3 electrons de A vers B' et un échange de 3 electrons de A' vers B mais en aucun cas les 3 électrons de ce dernier échange (A' vers B) ne devraient traverser la LED puisque chaque compartiment d'une pile est indépendant de l'autre.

Donc pour moi on devrait observer q'une différence de 3 (3V simplifions) aux bornes de la LED et non de 6. J'ai bien conscience de me tromper mais je n'arrive pas à comprendre pour cet échange d'électrons... une âme charitable pour m'aider à comprendre ?

Merci,


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[albanxiii]

Bonjour,

On part du principe que la tension aux bornes d'une pile est liée à un déséquilibre de charge : surplus d'electron dans un compartiment de la pile et carence dans l'autre.

Ce principe est faux, une pile est électriquement neutre, pas de déséquilibre d'électrons.
A partir de là, tout raisonnement qui s'appuie sur cette hypothèse est faux également.

[penthode]

d'autre part , l'électronicien (sauf cas très particulier) se contretamponne des caprices des zèlectrons..


l'important est la physique de base :

loi d'ohm
loi des nœuds
loi des mailles

ça suffit largement

[Duke Alchemist]

Bonjour.

Ce principe est faux, une pile est électriquement neutre, pas de déséquilibre d'électrons.

La proposition faite par taylorjean est plus incomplète que fausse.
Ce qui est à l'origine de la tension électrique dans une pile qui est, nous sommes d'accord sur ce point, un dipôle électrique est la présence d'un pôle négatif (zone avec un excès d'électrons) et d'un pôle positif (zone avec un défaut d'électrons) à ceci près qu'en quantité, il manque autant d'électrons du côté du défaut qu'il y en a en trop du côté de l'excès pour que, comme le signale albanxiii, l'ensemble reste neutre.

La confusion de taylorjean réside, selon moi, dans la confusion qu'il fait au niveau microscopique entre tension et intensité.
Tant que la pile débite (c'est-à-dire qu'il y a une tension à ses bornes), la différence du nombre d'électrons (3 dans ton exemple) reste la même (si on la considère comme un générateur idéal... qu'elle ne s'use pas quoi) :
pour une de tes piles : "3e-" en plus à la borne - qu'à la borne +. Supposons que cela soit insuffisant pour allumer ta lampe qui demande "5e-" pour fonctionner correctement. Les électrons vont circuler car le circuit est fermé mais leur nombre sera insuffisant et donc la lampe brillera mais faiblement.
Maintenant, si tu prends deux de ces piles et que tu les mets en série, pour la première tu as "3e-" d'écart et pour la deuxième "3e-" d'écart aussi mais par rapport à la sortie de la première pile ce qui fait un bilan de "6e-" d'écart entre l'entrée de ces deux piles et la sortie. Et là, les "6e-" sont suffisants pour allumer correctement la lampe (bon un chouïa trop ).

Est-ce plus clair ?

Cordialement,
Duke.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Il y aura un échange de 3 electrons de A vers B' et un échange de 3 electrons de A' vers B mais en aucun cas les 3 électrons de ce dernier échange (A' vers B) ne devraient traverser la LED puisque chaque compartiment d'une pile est indépendant de l'autre.

Donc pour moi on devrait observer q'une différence de 3 (3V simplifions) aux bornes de la LED et non de 6. J'ai bien conscience de me tromper mais je n'arrive pas à comprendre pour cet échange d'électrons... une âme charitable pour m'aider à comprendre ?

Bonjour,
Il y a plusieurs confusions :
1- Le courant traverse une pile, et vous pouvez faire appel à la différence théorique du nombre d'électrons (3 par exemple), mais cette différence est entretenue par la pile et si les électrons circule dans un circuit extérieur, ils seront remplacés. C'est une confusion entre pile et condensateur.
2- Les piles étant en série, il n'y a bien que 3 électrons qui passent à la fois dans l'ensemble du circuit (ici l'image des condensateurs serait préférable. Cela constitue un courant et non une tension. Si vous mesurez un flux d'électrons c'est un courant, et le courant est le même dans tout le circuit.
3- La tension c'est la pression exercée par la tendance des électrons à traverser le circuit, et si vous mettez vos piles l'une derrière l'autre, ces pressions s'ajoutent.
Au revoir.