potentiel électrique

Le potentiel électrique est la quantité d'énergie électrique stockée par unité de charge électrique en un point donné d'un champ. Il est mesuré en volts, où un volt signifie un joule d'énergie par coulomb de charge. On peut le comparer à la hauteur dans un champ gravitationnel : tout comme la gravité donne de l'énergie potentielle à une masse en hauteur, un champ électrique donne de l'énergie potentielle à une charge à un certain endroit. Le potentiel en un point indique la quantité de travail qui doit être effectuée pour déplacer une charge positive unitaire d'un point de référence (généralement la terre, fixée à zéro volt) vers cet endroit, contre le champ électrique.

La différence de potentiel, ou tension, est la grandeur pratique que l'on mesure entre deux points. Une différence de potentiel de 12 volts signifie que 12 joules d'énergie par coulomb séparent ces deux points. C'est pourquoi la tension est fondamentale dans la conception des circuits : elle détermine la quantité d'énergie disponible pour faire circuler le courant à travers une résistance. Dans une alimentation secteur de 230 V, les électrons se déplaçant à travers une charge de 10 ohms subissent une chute de potentiel qui libère de l'énergie sous forme de chaleur à un taux donné par la loi d'Ohm et la formule de puissance P égale V carré divisé par R.

Potentiel et intensité de champ

Le potentiel électrique et l'intensité du champ électrique sont liés mais distincts. L'intensité du champ, mesurée en volts par mètre, indique la rapidité avec laquelle le potentiel change dans l'espace. Dans un champ uniforme entre des plaques parallèles séparées par 0,1 mètre à 100 volts, l'intensité du champ est de 1000 V/m. Plus le gradient de potentiel est raide, plus le champ est fort. Cela a des implications pratiques : des intensités de champ élevées près des coins ou des bords tranchants des conducteurs peuvent provoquer une ionisation et une rupture, c'est pourquoi les équipements haute tension utilisent des surfaces arrondies et des calculs d'espacement basés sur des seuils d'intensité de champ critiques.

Dans les travaux sur les circuits et les machines électriques, on travaille presque entièrement avec la différence de potentiel plutôt qu'avec le potentiel absolu, car seules les différences entraînent le courant et fournissent de la puissance. La mise à la terre établit un point de référence, conventionnellement fixé à zéro volt, et tous les autres potentiels du système sont mesurés par rapport à celui-ci. Les systèmes triphasés ont trois potentiels différents déphasés de 120 degrés ; les circuits CC ont une seule différence de potentiel entre les conducteurs ; les transformateurs modifient le potentiel sans modifier la puissance (en ignorant les pertes), ce qui est essentiel pour la transmission et la distribution.

Le concept devient critique lors du diagnostic des pannes ou pour assurer la sécurité. Un conducteur à haut potentiel par rapport à la terre doit être isolé en conséquence. Des courants de fuite circulent entre les conducteurs à différents potentiels à travers l'isolation ; la tension entre eux détermine l'amplitude du courant de fuite étant donné la résistance d'isolation. Les décharges électrostatiques, mouvement incontrôlé de charge entre des points à différents potentiels, peuvent détruire les composants semi-conducteurs, c'est pourquoi les environnements à potentiel contrôlé et les protocoles de mise à la terre sont essentiels dans la fabrication électronique.