Pas de panique : tu n'as pas encore vu la leçon, mais la tension électrique tient en trois idées. Elle se mesure en volts, avec un appareil qui fait presque tout le travail (le voltmètre), et il y a une seule formule vraiment importante. On voit le strict nécessaire, un exemple traité, et tu arrives au contrôle serein.

Les prérequis + l'essentiel en une page

Ce qu'il faut déjà avoir en tête
  • Un circuit électrique est une boucle fermée dans laquelle circule le courant.
  • Un dipôle est un composant à deux bornes (lampe, pile, moteur, résistor...).
  • Le générateur (la pile) possède deux pôles : le pôle + et le pôle −.
  • Un circuit peut être en série (une seule boucle) ou en dérivation (plusieurs branches en parallèle).

La tension électrique, notée $U$, mesure la différence d'état électrique entre deux points d'un circuit. On l'exprime en volts (V).

Pour la mesurer, on utilise un voltmètre. La règle d'or : il se branche toujours en dérivation (en parallèle), directement aux bornes du dipôle étudié, sans jamais couper le circuit.

+−GénérateurLampeVvoltmètre (en dérivation)

La formule clé + un exemple traité

Millivolt vers Volt
$1\,\text{mV} = 0{,}001\,\text{V}$
Kilovolt vers Volt
$1\,\text{kV} = 1\,000\,\text{V}$
Loi des tensions (série)
$U_{\text{gén}} = U_1 + U_2 + \cdots + U_n$
Exemple traité — loi des tensions
On a un circuit en série : un générateur de $9\,\text{V}$ alimente deux lampes L1 et L2.
Le voltmètre indique $U_{L1} = 3{,}5\,\text{V}$ aux bornes de L1.
La loi des tensions donne $U_{\text{gén}} = U_{L1} + U_{L2}$.
On isole l'inconnue : $U_{L2} = U_{\text{gén}} - U_{L1}$.
Application : $U_{L2} = 9 - 3{,}5 = 5{,}5\,\text{V}$.
La tension aux bornes de L2 vaut donc $5{,}5\,\text{V}$.
+−générateurU₁U₂L1L2U gén = U₁ + U₂

Ça y est, des mots comme volt et voltmètre te reviennent. On reprend tout proprement : les définitions, comment brancher l'appareil sans le griller, et la fameuse loi des tensions. Rien de sorcier, mais cette fois on nomme les choses correctement.

Les définitions à connaître

La tension électrique entre deux points A et B, notée $U_{AB}$, traduit la différence d'état électrique entre ces deux points. C'est elle qui caractérise la capacité d'un générateur à faire circuler le courant, et l'énergie échangée par un récepteur.

Son unité est le volt, de symbole V, en hommage au physicien italien Alessandro Volta.

On la mesure avec un voltmètre, branché en dérivation (en parallèle) aux bornes du dipôle, sans jamais interrompre le circuit.

Ordres de grandeur à connaître
  • Pile ronde (LR6) : $1{,}5\,\text{V}$
  • Pile plate : $4{,}5\,\text{V}$
  • Batterie de voiture : $12\,\text{V}$
  • Réseau domestique (secteur) : $230\,\text{V}$
  • Ligne à haute tension : $400\,\text{kV} = 400\,000\,\text{V}$
1,5 V4,5 V12 V230 V400 kVpile LR6pile platebatteriesecteurligne HTde la petite pile à la ligne haute tension (échelle non linéaire)

Brancher le voltmètre : méthode pas à pas

Méthode — brancher et lire un voltmètre
  • Repérer les deux bornes du dipôle dont on veut la tension.
  • Relier la borne COM (fil noir) du côté relié au pôle − du générateur.
  • Relier la borne V (fil rouge) du côté relié au pôle + du générateur.
  • Vérifier que le voltmètre est bien en dérivation : aucun fil du circuit n'est coupé.
  • Si l'affichage est négatif, inverser les deux bornes.

Deux types d'appareils. Le voltmètre numérique affiche directement la valeur, avec un signe $-$ s'il est branché à l'envers. Le voltmètre analogique (à aiguille) demande de choisir d'abord un calibre supérieur à la tension attendue, sinon l'aiguille part hors de l'échelle.

À ne pas confondre
  • Le voltmètre mesure une tension : il se branche en dérivation.
  • L'ampèremètre mesure une intensité : il se branche en série.
3,50 VCOM (noir, −)V (rouge, +)

La loi des tensions dans un circuit en série

Dans un circuit en série, la tension aux bornes du générateur est égale à la somme des tensions aux bornes des autres dipôles :

Loi d'additivité des tensions (série)
$U_{\text{gén}} = U_1 + U_2 + \cdots + U_n$
Exemple traité
Un générateur de $12\,\text{V}$ alimente en série une lampe et un moteur.
Le voltmètre indique $U_{\text{lampe}} = 8\,\text{V}$ aux bornes de la lampe.
Loi des tensions : $U_{\text{gén}} = U_{\text{lampe}} + U_{\text{moteur}}$.
On isole : $U_{\text{moteur}} = U_{\text{gén}} - U_{\text{lampe}} = 12 - 8 = 4\,\text{V}$.
La tension aux bornes du moteur vaut donc $4\,\text{V}$.
+−générateurU₁U₂L1L2U gén = U₁ + U₂

On se réchauffe les neurones. Je fais trois exercices devant toi, ligne par ligne, en expliquant chaque geste. Ton boulot ici : suivre le raisonnement. Le tien viendra sur la page d'exercices de la notion.

Exemple 1 — convertir les unités sans se planter

On le fait ensemble — conversions
Rappel : $1\,\text{V} = 1\,000\,\text{mV}$ et $1\,\text{kV} = 1\,000\,\text{V}$.
a) Convertir $500\,\text{mV}$ en volts. On va vers une unité plus grande, donc on divise par $1\,000$ : $500\,\text{mV} = 500 \div 1\,000 = 0{,}5\,\text{V}$.
b) Convertir $2{,}3\,\text{kV}$ en volts. On multiplie par $1\,000$ : $2{,}3\,\text{kV} = 2{,}3 \times 1\,000 = 2\,300\,\text{V}$.
c) Convertir $12\,\text{V}$ en millivolts. On multiplie par $1\,000$ : $12\,\text{V} = 12 \times 1\,000 = 12\,000\,\text{mV}$.
La logique : de mV vers V la valeur diminue (unité plus grande) ; de V vers mV elle augmente.

Exemple 2 — la loi des tensions en série

On le fait ensemble — circuit en série
Énoncé : un générateur de $6\,\text{V}$ alimente en série trois dipôles D1, D2 et D3.
Le voltmètre donne $U_1 = 2\,\text{V}$ aux bornes de D1 et $U_2 = 1{,}5\,\text{V}$ aux bornes de D2.
On cherche $U_3$, la tension aux bornes de D3.
Loi des tensions : $U_{\text{gén}} = U_1 + U_2 + U_3$.
On isole l'inconnue : $U_3 = U_{\text{gén}} - U_1 - U_2$.
Application : $U_3 = 6 - 2 - 1{,}5 = 2{,}5\,\text{V}$.
Vérification : $2 + 1{,}5 + 2{,}5 = 6\,\text{V}$. On retombe bien sur la tension du générateur, le calcul est cohérent.
+−D1D2D3U₁U₂U₃U gén = U₁ + U₂ + U₃ = 6 V

Exemple 3 — brancher le voltmètre et lire l'affichage

On le fait ensemble — mesure au voltmètre
On veut mesurer la tension aux bornes d'une lampe dans un circuit qui fonctionne.
Étape 1 : on repère les deux bornes de la lampe.
Étape 2 : on branche le voltmètre en dérivation, ses deux fils directement sur ces deux bornes — sans rien débrancher.
Étape 3 : on branche les fils un peu vite : la borne COM (noir) se retrouve du côté du pôle $+$ et la borne V (rouge) du côté du pôle $−$.
Étape 4 : l'écran affiche $-3{,}5\,\text{V}$. Le signe $-$ signifie que les fils sont inversés.
Étape 5 : on échange les deux fils — COM revient côté pôle $−$, V côté pôle $+$. L'écran affiche maintenant $3{,}5\,\text{V}$.
Conclusion : la tension aux bornes de la lampe vaut $3{,}5\,\text{V}$.
3,50 VCOM (noir, −)V (rouge, +)

Niveau contrôle, on ne rigole plus (enfin si, un peu). Un problème complet résolu comme le correcteur veut le voir : schéma propre, calcul justifié, unités, phrase de conclusion. Et la liste des pièges qui coûtent des points bêtement.

Un problème type entièrement résolu

Énoncé. Un générateur de $4{,}5\,\text{V}$ alimente en série deux lampes L1 et L2. Un voltmètre branché aux bornes de L1 indique $U_1 = 2{,}7\,\text{V}$. 1) Faire le schéma en plaçant le voltmètre. 2) Calculer la tension $U_2$ aux bornes de L2.

1) Le schéma. On dessine le circuit en série (générateur, L1, L2). Le voltmètre se place en dérivation aux bornes de L1 (voir figure), avec COM côté $−$ et V côté $+$.

2) Le calcul.

Loi des tensions en série : $U_{\text{gén}} = U_1 + U_2$.
On isole l'inconnue : $U_2 = U_{\text{gén}} - U_1$.
Application numérique : $U_2 = 4{,}5 - 2{,}7 = 1{,}8\,\text{V}$.
Conclusion : la tension aux bornes de L2 est $U_2 = 1{,}8\,\text{V}$.
Ce que le correcteur attend
  • Un schéma normalisé avec les bons symboles, et le voltmètre bien en dérivation.
  • La formule littérale ($U_2 = U_{\text{gén}} - U_1$) écrite avant l'application numérique.
  • L'unité (V) sur chaque valeur, et une phrase de conclusion.
+−4,5 VL1L2Vvoltmètre aux bornes de L1

Les pièges classiques (et comment les éviter)

Erreurs qui coûtent des points
  • Brancher le voltmètre en série : sa résistance interne très élevée bloque quasiment le courant et fausse tout. Il va en dérivation.
  • Confondre voltmètre et ampèremètre : l'ampèremètre s'insère en série, le voltmètre en dérivation.
  • Oublier les conversions : $500\,\text{mV} = 0{,}5\,\text{V}$, et surtout pas $500\,\text{V}$.
  • Sur un voltmètre analogique, choisir un calibre inférieur à la tension attendue : l'aiguille sort de l'échelle (risque de casse).
  • Écrire un résultat sans unité ou sans phrase de conclusion.

Le réflexe qui sauve : dès qu'on parle de tension, on pense volts et dérivation ; dès qu'on parle d'intensité, on pense ampères et série.

Ven dérivation — correctVen série — à éviter

Tu maîtrises le programme de 4e ? On ouvre le capot. Deux ou trois idées qui expliquent le pourquoi du comment, et un avant-goût de ce qui t'attend l'an prochain — histoire de préshoter la 3e.

L'autre loi : l'unicité des tensions en dérivation

La loi des tensions que tu connais vaut pour le montage en série. En dérivation, c'est une autre règle qui s'applique : deux dipôles branchés entre les deux mêmes points ont la même tension à leurs bornes.

Loi d'unicité des tensions (dérivation)
$U_1 = U_2 = U_{\text{gén}}$

Autrement dit : en série, les tensions s'additionnent ; en dérivation, elles sont égales. Deux lois sœurs qu'il ne faut surtout pas mélanger.

+−L1L2Umême tension : U₁ = U₂

Pourquoi le voltmètre se branche en parallèle (l'idée de la justification)

Pourquoi cette règle du voltmètre en dérivation ? Parce qu'un bon voltmètre possède une résistance interne très élevée : presque aucun courant ne le traverse. Branché en dérivation, il lit la tension aux bornes du dipôle sans modifier le circuit.

À l'inverse, placé en série, sa résistance énorme couperait quasiment le courant : le circuit ne fonctionnerait plus, et la mesure n'aurait aucun sens. C'est exactement la logique inverse de l'ampèremètre, qui a une résistance quasi nulle et se met donc en série.

Cette idée — mesurer sans perturber — est un principe qu'on retrouve dans tous les bons appareils de mesure.

Aperçu de la 3e : tension, intensité et énergie

La tension ne vit pas seule. L'an prochain, tu la relieras à l'intensité du courant :

Loi d'Ohm (3e — résistor)
$U = R \times I$
Puissance électrique (3e)
$P = U \times I$

où $R$ est la résistance en ohms ($\Omega$), $I$ l'intensité en ampères (A) et $P$ la puissance en watts (W). Ces relations expliquent, dans le grand chapitre de l'énergie, comment un appareil convertit l'énergie électrique — le fil rouge de tout ce thème.

Pour aller plus loin dès maintenant, jette un œil à la notion voisine : les circuits en série et en dérivation, où ces deux lois des tensions prennent tout leur sens.