Volt

Le volt correspond à la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit composé d'une résistance d'un ohm, lorsque ce même circuit est parcouru par un courant constant de 1 ampère. La puissance dissipée entre ces deux points est alors égale à 1 watt^[1].

Autrement dit, le volt est la différence de potentiel électrique qui accélère une charge électrique de 1 coulomb en lui donnant une énergie de 1 joule^[2],[3]. Il en résulte que le volt est ce qui déplace une charge d'un coulomb avec une force de un newton sur une longueur d'un mètre.

${\displaystyle \mathrm {1\;V=1\;{\dfrac {W}{A}}=1\;{\dfrac {J}{C}}=1\;{\dfrac {N\cdot m}{A\cdot s}}=1\;{\dfrac {kg\cdot m^{2}}{C\cdot s^{2}}}} }$

Il peut être défini à partir des unités de base du Système international, dont il est une des unités dérivées^[4] :

${\displaystyle \mathrm {1\;V=1\;{\dfrac {{kg}\cdot m^{2}}{A\cdot s^{3}}}} }$

avec :

• ${\displaystyle W}$  : la puissance en watts ;
• ${\displaystyle A}$  : l'intensité du courant en ampères ;
• ${\displaystyle J}$  : l'énergie en joules ;
• ${\displaystyle N}$  : la force en newtons ;
• ${\displaystyle m}$  : la longueur en mètres ;
• ${\displaystyle s}$  : le temps en secondes ;
• ${\displaystyle kg}$  : la masse en kilogrammes ;
• ${\displaystyle C}$  : la charge électrique en coulombs.

Note typographique

Selon la norme du Système international d'unités, tous les noms d'unités sont des noms communs et s'écrivent donc en minuscules ; le symbole associé est en minuscules, sauf quand le nom de l'unité provient d'un nom de personne, auquel cas le symbole commence par une majuscule (d'où : « volt », nom commun écrit en minuscules^[5] ; mais comme ce nom dérive de celui d'Alessandro Volta, le symbole est « V » majuscule).

En 1800, Alessandro Volta développe la pile voltaïque, un précurseur de la pile alcaline, qui produit une tension électrique continue. Volta détermine que la meilleure paire de différents métaux pour produire de l'électricité est une paire de zinc et d'argent.

Dans les années 1880, le Congrès international d'électricité, actuellement la Commission électrotechnique internationale (CEI), approuve le volt comme unité de force électromotrice. Dans le même temps, la tension est définie comme « la différence de potentiel à travers un conducteur quand un courant d'un ampère dissipe une puissance d'un watt ».

Dans un circuit, la tension s'explique par la différence de potentiel entre les deux pôles électriques, c'est-à-dire par un surplus de charges négatives. Cette différence crée un champ électrique qui entraîne le déplacement des charges jusqu'à ce que celles-ci se soient équilibrées des deux côtés^[6].

Le volt est l'unité de différence de potentiel et de tension.

L'analogie avec l'hydraulique est souvent utilisée pour expliquer la tension et l'intensité dans les circuits électriques ; ils sont comparés à des tuyaux remplis d'eau. Pour avoir une meilleure image de ce qu'est la pression de l'eau, on peut imaginer de l'eau sortant d'un robinet, d'un tuyau d'arrosage ou une chute d'eau causée par un barrage : plus la pression est élevée et plus l'eau qui sort du tuyau a un débit élevé.

La pression correspond d'après cette analogie à la tension électrique.

Les tensions nominales de différentes sources :

• potentiel d'action de la cellule nerveuse : autour de 75 mV ;
• accumulateur au NiMH ou au NiCd : 1,2 V ;
• pile au mercure : 1,355 V ;
• pile oxyde d'argent : 1,55 V ;
• pile alcaline non rechargeable (c'est-à-dire piles AAA, AA, C et D) : 1,5 V ;
• accumulateur lithium : 3,75 V par élément ;
• alimentation des circuits de logique à transistors couplés (circuit TTL) : 5 V ;
• pile PP3 : 9 V ;
• système électrique d'une automobile : 12 V ;
• prises murales standard (tension alternative) :
  • 100 V au Japon,
  • 120 V en Amérique du Nord,
  • 230 V en Afrique, Asie et Europe,
  • 240 V en Australie ;
• circulation du TGV: 25 kV (25 000 V) (tension alternative) ;
• réseaux de distribution :
  • basse tension : de 100 à 750 V (tension alternative),
  • moyenne tension : jusqu'à 33 kV (tension alternative) ;
• réseaux de distribution (moyenne tension) : de 1 à 25 kV (tension alternative) ;
• réseaux de répartition (haute tension) : de 33 à 150 kV (tension alternative) ;
• réseaux de transports (haute tension) : de 150 à 1 200 kV (tension alternative) et jusqu'à 900 kV (tension continue) ;
• foudre : très variable, généralement aux alentours de 100 MV.

Dans tous les réseaux électriques, du fait de la résistance de chaque matériau qui les composent, en particulier des conducteurs, il existe une chute de tension proportionnelle à la longueur des câbles. Les lignes à haute tension permettent de réduire relativement les pertes. Lesquelles sont principalement dues à l'effet Joule (chaleur dissipée) et sont proportionnelles au produit de la résistance par le carré de l'intensité (P = RI²) ; la puissance acheminée étant égale au produit de la tension par l'intensité (P = UI), élever la tension permet, pour une puissance donnée, de réduire significativement les pertes dans les réseaux câblés. La recherche continue sur les matériaux supraconducteurs qui ont une résistance nulle. Ils permettraient en effet d'éliminer non seulement les pertes dans le câble mais aussi le besoin d'équipement de transformation pour élever et abaisser la tension, avec les pertes qui y sont associées.

Le tableau ci-dessous détaille les multiples et sous-multiples du volt dans le Système international ; toutes ces unités ne sont pas utilisées.