compréhension des notions de bases (tension électrique)

[coconuts11]

Bonjour,

J'avais créé un post récemment concernant la tension nécessaire pour l'utilisation de mes LED et je me suis rapidement rendu compte que j'étais très léger sur les notions de bases, notamment concernant la tension électrique qui est encore un peu abstraite pour moi.

Je me suis documenté au maximum et voici ce que j'ai compris, j'aimerais avoir votre avis, dans l'ordre chronologique de mon raisonnement, j'ai parfois glisser quelques questions .

Les charges électriques :
Une charge électrique (ou un objet chargé, que sa charge soit positive ou négative) exerce une force sur son environnement "proche" sous la forme d'un champ électrique. Tout objet chargé dans le périmètre de ce champ électrique subit une force d'attraction ou de répulsion (selon le signes des charges mises en oeuvre). L'intensité de cette force d'attraction ou de répulsion augmente, si la valeur des charges augmente et/ou si la distance qui sépare les charges diminue.

Le potentiel électrique et la différence de potentiel :
Pour une charge initiale donnée, un champ électrique existe autour de cette charge (ce que je viens de dire au dessus). On place une autre charge dans le champ électrique de la charge initiale.
Le potentiel de cette nouvelle charge varie en fonction de valeur de cette charge et de la distance qui sépare cette charge de la charge initiale.
Si on souhaite que la différence de potentiel entre la charge initiale et la nouvelle charge augmente, on peut donc soit augmenter la valeur de la nouvelle charge, soit rapprocher la nouvelle charge de la charge initiale, soit les deux à la fois. Plus la différence de potentielle augmente, plus la force d'attraction ou de répulsion est importante.

Si on prend une pile de 9v par exemple en tant que générateur :
- Peut-on imaginez que chaque borne de la pile soit une charge de valeur déterminée (l'une positive et l'autre négative) dont la distance est très faible (disons 1 cm pour une pile 9v) ?
- Si oui, les deux charges sont deux potentiels, et une différence de potentiel de 9v existe
- 9v, ca correspondrait à la force d'attraction qui existe entre le pole - et le pole +
- si c'est ça, le champ électrique du pole + et le champ électrique du pole - sont plongés l'un dans l'autre, pourquoi (en l'absence de conducteur comme un fil de cuivre) la circulation d'électrons ne se fait pas ? quand on prend un coup de jus les electrons passent dans l'air, mais ici non. J'ai lu que l'air était un isolant ce qui pourrait expliquer pourquoi cela ne fonctionne pas dans le cas de la pile et que lors d'un coup de jus la tension serait de 20000 à 30000 volts, donc ce serait supérieur à la tension de claquage de l'air et le courant circule d'un objet vers vous pour harmoniser les charges électriques.
- si on place un fil conducteur court (disons 10 centimètres) entre les bornes de la pile, le courant circule. Alors je me demande, au moment où l'on place le fil, le champ électrique parcours à la vitesse de la lumière le fil, et la force d'attraction de 9v s'exerce, ce qui met en mouvement les électrons. Les électrons sont donc mis en mouvement uniquement grave au force qui résultent des champs électrique dans lequel ils se trouvent ?
- si mes suppositions sont bonnes (à mon avis c'est loin d'être le cas), toujours pour une pile de 9v, si on place un fil conducteur beaucoup plus long (disons 10 mètres), alors la distance qui sépare les champs électriques de chaque borne sont beaucoup plus éloignés et donc la force d'attraction sera plus faible ? au lieu d'avoir une force d'attraction de 9v on aura moins ? est ce ce que l'on appelle une chute de tension ? Y a t-il une distance maximum à partir de laquelle aucun courant ne pourra circuler par exemple (en prenant en compte une section de fil conducteur donné) ?

bon j'ai encore pleins d'autres questions mais bon déjà ça fait pas mal... je voudrais pas abuser non plus, c'est déjà le cas je pense.

Désolé j'ai lu pleins de truc sur internet mais ces concepts sont loin d'être acquis pour moi.

Merci pour votre aide précieuse!
-----

[f6bes]

Bjr à toi,

Tu dis: (..Si on prend une pile de 9v par exemple en tant que générateur :
- Peut-on imaginez que chaque borne de la pile soit une charge de valeur déterminée (l'une positive et l'autre négative) dont la distance est très faible (disons 1 cm pour une pile 9v) ?
- Si oui, les deux charges sont deux potentiels, et une différence de potentiel de 9v existe
- 9v, ca correspondrait à la force d'attraction qui existe entre le pole - et le pole + )

Une tension ou potentiel , c'est entre DEUX points (un de CES points sert de "référence" )
donc dire un potentiel négatif (ou positif) SANS dire par rapport à quoi,n'a pas de sens.


Une tension n' a pas de "pouvoir" d'attraction enn tant qu'elle meme.
9v c'est la DIFFERENCE de tension (ou de potentiel) entre les deux bornes de la pile.
Tu ne peux pas mesurer une tension entre ton fil (+) et....RIEN.
Pareil pour ton fil (-) et...RIEN

Autre (...quand on prend un coup de jus les electrons passent dans l'air,..)
Non ils ne passent pas dans l'air. C'est que tu es en CONTACT direct avec le conducteur. (230v)

L'air est un isolant,mais ça dépend pour quelle tension et QUELLE distance.
Si on est en DESSOUS des distances de "claquage" ( diruption) là un arc se produit dans l'air entre le fil sous tension
et la terre.

[goaoute]

Pour la tension d'amorçage +/- 1000V/cm en fonction taux d'humidité de l'air et résistivité des parties.

[coconuts11]

merci beaucoup pour vos réponses.
Je rame vraiment désolé, je vais devoir prendre des cours j'ai l'impression si je veux progresser, je me pose trop de questions...

@f6bes :
merci pour ton retour, j'ai bien noté que la tension était la différence de potentiel.
Selon moi (et uniquement moi) et j'ai peut être tout faux, à chaque potentiel (donc à chaque borne de la pile) on a une quantité de charge électrique (un nombre de Coulomb). Du côté de la borne positive, une charge Q1 positive et sur la borne négative une charge Q1 négative. Il existe un déséquilibre de charge entre les deux bornes.
Ok, la tension existe mais pas de courant en l'absence de conducteur.
Si maintenant on connecte un conducteur entre les bornes (un fil de cuivre quoi) les électrons de la borne - se mettent en mouvement vers la borne +.
Qu'est ce qui met en mouvement les électrons ?
La réponse est évidente à priori : la différence de potentiel, ok.
Mais cette différence de potentielle exprimée en Volt fait référence (toujours selon moi) à la force d'attraction/répulsion (exprimée en joule par Coulomb, ou encore en newton/mètre) entre les deux bornes. Ce que j'aimerais savoir, c'est comment cette force se "propage" entre les deux bornes, dans le conducteur quoi, et si la distance joue un rôle important là dedans (apparemment oui). Si on prend une pile de 9v par exemple, on branche un câble de 100 mètre entre les deux bornes et une LED en plein milieu du câble (disons 50 mètres), est ce que le courant circule et la LED s'allume ou est ce que la tension aux bornes de la pile n'est pas suffisante pour mettre en mouvement les électrons ?
Dans mon raisonnement la tension (ou ddp) fait directement référence à la force électrique disponible (en électron.volt, joules, newton metre que sais je mais qui exprimerait le travail d'une force conservatrice).
Ce que je comprends, c'est que quand un électron quitte la borne - de la pile, il acquiert une énergie cinétique liée directement à la force électrique qui le tracte/pousse vers la borne positive. Cette énergie décroit en fonction des obstacles qu'il traverse, par exemple on parle de chute de tension au borne d'une résistance, je comprends qu'en traversant la résistance il a perdu un peu d'énergie, c'est ce qu'on appellerai la chute de tension (toujours exprimée en volt, cela voudrait dire que le nombre de joule par charge unitaire a diminué à la sortie de la résistance).

Je me pose une autre question d'ailleurs, concernant les petites piles (1,5v par exemple), a quoi tient la capacité d'une pile (400 mAh, 600 mAh, etc...) ?
Si on souhaite augmenter la capacité d'une pile que faut il faire ?
augmenter la taille des électrodes (les métaux en jeu dans l'oxydoréduction) ?

Je suis quand même bien paumé

Si mes questions vous saoule, laissez tomber je comprendrais tout à fait vu la longueur de mon post...

[A voir en vidéo sur Futura]

[gienas]

Bonjour coconuts11 et tout le groupe

... Je rame vraiment désolé, je vais devoir prendre des cours j'ai l'impression si je veux progresser, je me pose trop de questions ...

Tes questions ne sont pas à proprement parler de nature électronique mais plutôt de physique où elles vont être déplacées.

[coconuts11]

bonjour gienas

Merci pour le déplacement du post, oui effectivement mes questions dérivent sur la physique des particules sans doute (je suis débutant en électronique mais j'ai besoin de comprendre plus en détail la mécanique derrière tout ça pour mieux progresser).

merci en tout cas

[adrenalinos]

bonjour coconuts11,
d'abord, je ne comprends pas vraiment quelle est Ta QUESTION?
mais, d'entrée de jeu, je ne pense pas qu'il te faille aller voir du côté de la physique des particules, les lois de l'électricité (du domaine du macroscopique et de l'empirisme) devraient suffire.
et pour piger le fonctionnement d'une LED, il faut plutôt aller voir du côté des "barrières de potentiel dans une Jonction de semi-conducteurs"

[coconuts11]

bonjour adrelinos,

merci pour ta réponse.

Effectivement il y a beaucoup de questions je le reconnais
Je te confirme que ce n'est pas le fonctionnement d'une LED qui m'intéresse.

Je souhaite comprendre en détail la tension/ddp et ses conséquences sur la mise en mouvement des électrons.

Je sais que la ddp fait se déplacer les électrons, mais j'aimerais quelles forces sont mises en oeuvre et comment (champs électriques, énergie cinétique, chute de tension).

Je reconnais que les loi de l'électricité sont déjà interessantes mais j'aimerais comprendre en détail ce qu'on entend par Volt et son application dans un circuit, j'aimerais comprendre la notion qui se trouve derrière (c'est à dire le rapport joule par coulomb et la relation avec l'énergie acquise ou perdue par les électrons).

J'espère que ma question est plus claire.

merci pour votre aide

[adrenalinos]

bonsoir Coconuts11,
je dirais qu'il faut commencer par le début.. je suppose que tu as déjà un certain bagage, mais:
quel est ton niveau en mathématique?
je pense qu'il faut au minimum toucher sa bille en calcul différentiel et intégral.. (il s'agit simplement de Comprendre.. pas forcémment d'être capable de faire des calculs)
ma "bible" d'étude (1988) était un gros bouquin, intitulé "microelectronic" (?), aux éditions Interéditions (?), qui brassait le domaine en commençant par la base (comportement de l'électron dans un champs électrique).. mais je ne peux remettre la main dessus maintenant! (il doit être dans un carton.. dans un coin quelque part dans ma maison!)
et, parallèlement, quel est ton niveau en physique?
...
"comment cette force se "propage" entre les deux bornes, dans le conducteur quoi, et si la distance joue un rôle important là dedans (apparemment oui). Si on prend une pile de 9v par exemple, on branche un câble de 100 mètre entre les deux bornes et une LED en plein milieu du câble (disons 50 mètres), est ce que le courant circule et la LED s'allume ou est ce que la tension aux bornes de la pile n'est pas suffisante pour mettre en mouvement les électrons ?"
-> ... (?? pour le début?).. ta LED s'allumera s'il y a au moins 0,7V à ses bornes (et dans la bonne polarité!).. avec 100 mètres de câble, tu dois faire intervenir la loi d'Ohm (perdition d'énergie par effet joule, et ça dépend de la constitution de ton câble [resistivité du matériau] et de son diamètre) pour distribuer les tensions, en gros 4.15V pour chacun des câbles et 0.7V pour ta diode, et avec la valeur de Résistance des câbles ça permet de calculer le courant qui circule dans ce circuit.. (la valeur de résistance d'une jonction semiconducteur n'est pas définie, ce n'est pas un élément "statique".. elle est infinie en dessous de 0,7V à ses bornes, et elle est quasi nulle quand le courant circule [dans ton cas de figure ici présenté] voire "adaptative" sous contrainte d'une certaine limite de courant(!).. l'étude de la circulation du courant électrique à travers une barrière semi-conductrice n'est pas la même que celle qui régit un circuit RLC)..

"force électrique disponible (en électron.volt, joules, newton metre que sais je"
-> et voilà, nous y sommes, l'importance de la terminologie, et donc de la compréhension de celle-ci:
une "force disponible" ça ressort plutôt de l'entendement commun (ok, je comprends ce que tu entends par là), mais en physique ça ne veut "rien" dire.. une Force, ça s'Exerce instantanément (masse x accélération, par ex).. pour du "disponible", on parlera plutôt d'énergie Potentielle (la relation entre Énergie et Force est le Temps pendant lequel l'Energie permettra à cette Force de s'exercer)

DONC,
à ce stade ci,
à côté de m'excuser d'être aussi brouillon,
je te conseillerais d'aller chercher du côté de: "barrière de potentiel dans une jonction semiconductrice"
en plus de t'enjoindre à cultiver un certain zèle quant à l'emploi des terminologies scientifiques.
;-])

ps: 0.7V c'est la barrière de potentiel pour les jonctions classiques au Silicium et, idem, avec les dopants classiques... c'est la base historique.. mais en utilisant du Germanium (par ex) à la place du Silicium et en changeant les dopants on obtient d'autres caractéristiques de barrière (dont la valeur de cette tension-barrière).. pour dire qu'on trouve aujourd'hui des LEDs (surtout autres que blanches) qui ont d'autres valeurs caractéristiques (mais qui répondent aux mêmes lois)

[coconuts11]

bonsoir Adrenalinos

merci beaucoup pour ta réponse très complète.

Je vais être franc, je n'ai pas beaucoup de culture physique ni mathématique (les bases ont va dire, filière scientifique au lycée quoi...
J'avoue être un peu (beaucoup perdu) dans la multitude d'unités physiques existantes et leurs signification (certaines équations ne me parlent pas trop, d'autres sont plus abordables).
Je suis développeur (informatique), mon truc c'est plutôt les lignes de codes quoi...
Je ne cherche pas à tout vouloir comprendre en physique, je ne pense ni en avoir le niveau ni le temps malheureusement
Mais si je fais un parallèle avec l'informatique, je sais par expérience, que comprendre ce qui se passe à "bas niveau" permet de mieux comprendre ce qui se passe à "haut niveau" (par exemple, quand on code dans un langage informatique donné, on a bien souvent une retranscription de ce langage à niveau inférieur, puis une autre etc... on peut parler de compilation, transpilation, bref tout un tas de truc "magiques" auquel on est pas obligé de s'intéresser pour faire de l'informatique, sauf qu'en vrai quand vous ne savez pas comment ça fonctionne vraiment, vous pouvez avoir des surprises et surtout passer à côté de concepts très importants qui risque de vous échapper tout le temps. La réalité c'est que c'est bien de mettre les mains dans le cambouis des fois pour progresser, ce n'est qu'une opinion personnel et subjective mais personnellement j'ai besoin d'en passer par là.
Cela dit je me mets à l'électronique et je trouve un parallèle avec l'informatique assez fort, c'est très interessant, passionnant même!

Je comprends votre conseil de démarrer par les jonctions PN, en vérité j'ai commencé par ça mais, je peux me tromper, cela ne m'aide pas à comprendre les notions fondamentales de l'électricité, à mon avis ce sont déjà des notions bien trop avancées justement.
J'ai déjà lu beaucoup sur les jonction PN, le forward bias/reverse bias (qui fait référence à la polarisation), le fait que les diode (LED) ont une barrière potentiel de 0.7v quand on met en contact les partie P et N (0.3V pour le germanium je crois), et donc qu'il faut une tension supérieure à cette valeur pour que courant passe (dans le bon sens bien sûr). J'ai lu pas mal aussi sur les transistor NPN bipolaires (et PNP) qui reposent sur les mêmes principes de dopage (plus de "trou" ou plus d'électrons, on remplace certains atomes de silicium par d'autres pour obtenir des propriétés différentes, etc... il y a beaucoup à dire sur ce sujet).

Je pense que j'ai pris le mauvais exemple dans mes questions, je ne souhaite vraiment pas allumer une LED à 50 mètres de chez moi je vous rassure
J'ai pris cet exemple pour illustrer mes questions, j'aurais du dire, on branche un câble de 100 mètres avec une résistance en série par exemple ou n'importe quel autre dipôle, ou bien même en court circuit d'ailleurs.

Je vous de pris de m'excuser si mes questions n'étaient pas claires.

Vous voyez, une autre question (de base selon moi) et qui m'embrouille l'esprit c'est cette formule P = UI (et c'est d'ailleurs pour ça que je veux comprendre comment se manifeste la tension en terme d'énergie) :
si on veut alimenter un appareil qui consomme 100W, théoriquement on pourrait (je dis peut être des bêtises mais bon) :
utiliser 220V et un courant de 0.45 A
ou
utiliser 5V et un courant de 20 A

je prends volontairement des extrêmes, je sais qu'on ne peut pas débiter 20A avec du 5V dans la pratique.
Dans l'exemple que je donne, cela signifie donc que la tension et la force qu'elle exerce dans le circuit a donc une importance capitale puisqu'une tension de valeur importante nécessitera moins de courant pour faire fonctionner le même appareil. C'est donc que l'énergie délivrée par le 220V suffit à faire fonctionner un appareil, alors qu'avec le 5V il faudra faire passer un courant énorme (théoriquement toujours).

Désolé si tous ces concepts vous paraissent évident, ce n'est vraiment pas le cas pour moi...

[gts2]

Bonjour,

Et donc quelle est votre question sur P=UI ?
Ce que vous dites est mathématiquement vrai, mais 220 V 0,45A et 5V 20A cela fait la même puissance mais pas dans le "même appareil", si vous prenez une résistance U=RI pour faire simple, U et I évolue dans le même sens.

[coconuts11]

merci pour ta réponse gts2!

J'ai cogité sur ta remarque et je pense que tu fais référence au fait qu'un appareil est conçu pour une tension donnée, et qu'il ne fonctionnera pas dans les autres cas (ou qu'il sera détruit si on augmente la tension).

Je ne trouve pas de réponse à mes questions pour le moment je crois :
- soit parce que je suis mauvais ou très lent
- soit parce que mes questions sont mal posées ou pas clairs
- soit parce que je manque cruellement de connaissances
- soit les trois en même temps

merci pour votre aide en tout cas, j'ai décidé de commencer à prendre des cours de physique/électricité avec un professeur près de chez moi pour explorer ça en détail (webcam bien sûr vu le contexte), je vois pas d'autre solution.

Mes questions sont probablement évidentes pour vous mais toujours pas pour moi malheureusement

[gts2]

Je pense que vous avez voulu aller trop vite, il faut partir des bases, quitte à ce que cela soit un peu désincarné au début : on enseigne U=RI avant d'enseigner comment cela se passe à l'intérieur d'une résistance.

[f6bes]

merci pour ta réponse gts2!

J'ai cogité sur ta remarque et je pense que tu fais référence au fait qu'un appareil est conçu pour une tension donnée, et qu'il ne fonctionnera pas dans les autres cas (ou qu'il sera détruit si on augmente la tension).

Je ne trouve pas de réponse à mes questions pour le moment je crois :
- soit parce que je suis mauvais ou très lent
- soit parce que mes questions sont mal posées ou pas clairs
- soit parce que je manque cruellement de connaissances
- soit les trois en même temps

merci pour votre aide en tout cas, j'ai décidé de commencer à prendre des cours de physique/électricité avec un professeur près de chez moi pour explorer ça en détail (webcam bien sûr vu le contexte), je vois pas d'autre solution.

Mes questions sont probablement évidentes pour vous mais toujours pas pour moi malheureusement

Bjr à toi,
Reste à savoir jusqu'à quel point de " détail " l'on veut aller !
En ce qui me concerne, je ne me suis jamais apesanti, dans le fin fond des formules (mon niveau = certificat d'étude de la...belle époque)
Ce qui ne m'empéche pas de COMPRENDRE l'essentiel de l'électricité ( j'oublie la mécanique quantique et tout le tralala )
Juste une question :as tu une idée de la VITESSE de déplacement des électrons dans un conducteur ?
Ca risque de te surpendre , ...suivant le cas.
Bonne journée

[coconuts11]

Oui c'est possible que je veuille griller les étapes je le reconnais
En fait ça m'intéresse tellement que j'ai besoin d'en savoir plus, j'ai soif de connaissances.

L'exemple que vous prenez de la formule U = RI est très bon.
Cette formule je la connais et c'est effectivement la première chose que j'apprise, et c'est la première chose que tout le monde apprend je pense (au collège de mémoire).

Mais de mon point de vue cette formule est le résultat de multiples découvertes scientifique majeures, c'est presque une vulgarisation/simplification des notions qui se trouve derrière chaque symbole.

Selon moi et pour bien comprendre cette formule, il est difficile de dire juste :
U c'est la tension
R c'est la résistance
I c'est l'intensité

Oui c'est vrai mais cela permet de comprendre tous les phénomènes que cela implique ?
Derrière chacune de ces notions "se cache" une découverte majeure (on a quand même à minima 4 savants que sont Alessandro Volta pour U, Georg Ohm pour R, André Marie Ampère pour I et Augustin Coulomb pour C directement lié à I).
Chaque symbol fait référence à un grandeur physique déterminée et quantifiable, pour le moment ce sont sur ces valeurs que j'aimerais capitaliser avant d'aller plus loin, mais encore une fois, j'ai peut être tort. Je vais prendre des cours et voir si mon esprit s'éclaircit

[coconuts11]

la vitesse des électrons est très très lente me semble t-il, les électrons ne bougent quasiment pas, c'est leur nombre immense qui fait que le courant fonctionne.
C'est comme dans un tuyau d'eau déjà rempli, l'un rentre d'un coté du tuyau et un autre à la sortie en sort, enfin c'est comme ça que je l'ai compris... du coup il y existe bien un débit d'électron au même sens que l'eau c'est a dire une quantité / s exprimée en Coulomb (ce que l'on appelle aussi intensité exprimée en A. 1 ampère étant 1 C / s je crois)

[gts2]

Certains font/apprennent l'électrocinétique sans savoir ce qui se passe derrière : en électronique c'est encore plus criant, combien de personne sachant utiliser/calculer un circuit avec amplificateur opérationnel savent ce qui se cache derrière (avec premier niveau le circuit à transistor, et deuxième niveau fonctionnement du dit transistor, sans parler du troisième niveau...) ?

Par contre, et cela a l'air de votre cas, certains ne peuvent appréhender des lois sans savoir ce qui se cache derrière.
Pour U=RI taper modèle de Drude, sachant, bien sûr, que comme souvent, dès qu'on gratte un peu c'est pas vraiment cela.

[coconuts11]

merci gts2 pour ta réponse !
ça me soulage que tu dises ça, je me sens moins coupable de vous avoir ennuyer avec toutes mes questions
l'idée n'est pas pour moi d'être jusqu'au boutiste, je ne suis pas obstiné à ce point là, mais comme tu l'as très bien dit, j'ai peut être besoin de comprendre des choses plus élémentaires pour pouvoir avancer, cela résume très bien ma façon d'être et de penser.
Je vais regarder le modèle de Drude, je n'en ai jamais entendu parler

A force de chercher des réponses sur le net, j'ai quand même fini par trouver un site au fin fond web qui répond à ma question sur les histoires de longueur de câble et de chute de tension, mais bon j'ai ramé pour trouver ça, j'en ai passé des sites et des sites lol

merci à tous pour votre aide dans tous les cas!