Volt
En 1791, Luigi Galvani toucha une cuisse de grenouille avec deux métaux différents, et la cuisse tressaillit. Galvani en conclut que l’électricité résidait dans la grenouille elle-même. Alessandro Volta pensait que tout venait des métaux. Pour le montrer, il empila en 1800 des disques de cuivre et de zinc séparés par du drap imbibé d’eau salée. La pile donnait du courant sans la moindre grenouille.
C’était la première batterie. L’unité de tension reçut le nom de Volta en 1881. Un volt est un joule par coulomb : c’est l’énergie que gagne chaque coulomb de charge en traversant la source. Une pile AA donne 1,5 V, une prise 230 V, et les lignes à haute tension des centaines de kilovolts.
| Notation | V |
| Définition | joule par coulomb · J/C · W/A · kg·m²·s⁻³·A⁻¹ |
| Valeurs de référence | K_J — 483 597,848 4 GHz/V · élément Weston — 1,018 64 V · 1 eV — 1,602·10⁻¹⁹ J |
| Introduite | 1881, Congrès international des électriciens · dans le SI depuis 1960 |
| Normes | ISO 80000-6 · IEC 60050-131 · SI Brochure 9th ed. |
| Valeurs typiques | 1,5 V — pile · 230 V — prise · 400 kV — ligne à haute tension |
01 · Définition
Un joule pour chaque coulomb
La tension U indique combien d’énergie une charge gagne ou cède en passant d’un point d’un circuit à un autre. Un volt, c’est un joule par coulomb. Une pile de 1,5 V fournit à chaque coulomb un joule et demi, et l’ampoule du circuit les prend pour les transformer en lumière et en chaleur.
On mesure toujours une tension entre deux points. Le voltmètre se branche aux deux extrémités d’une portion de circuit, et non dans une coupure du circuit. Le courant dans la portion est égal à la tension divisée par la résistance : c’est la loi d’Ohm.
Pourquoi les lignes électriques transportent des centaines de kilovolts
La bouilloire a besoin d’une puissance de 2 kW. On peut la transmettre avec un faible courant sous une forte tension, ou avec un fort courant sous une faible tension. La puissance est la tension multipliée par le courant. Le fil entre la source et la bouilloire a une résistance de 1 Ω, soit environ 60 m de fil de cuivre de 1 mm² de section. Les points bleus représentent le courant : plus ils vont vite, plus il est intense. Le fil rougit sous l’effet de la chaleur qui s’y perd.
Un électron qui traverse une tension de 1 V gagne une énergie de 1 eV — un électronvolt. C’est une mesure commode pour les atomes et les particules. Un photon de lumière verte porte environ 2,3 eV, un photon X des dizaines de milliers, et les protons du Grand collisionneur de hadrons 6,8 TeV.
Paire après paire, volt après volt
À gauche, la pile : de bas en haut, zinc, cuivre et drap imbibé d’eau salée, paire après paire. À côté, l’échelle de potentiel : chaque paire l’élève d’une marche, et dans le drap il baisse un peu quand le courant passe. Un fil part du sommet de la pile, passe par un interrupteur jusqu’à la charge et revient à la base. Les points bleus sont des électrons : ils vont du zinc au cuivre en traversant la charge. À droite, un voltmètre branché aux bornes de la pile. Tant que le courant passe, des bulles d’hydrogène s’accumulent sur le cuivre et la tension baisse lentement. Cliquez sur la scène pour fermer ou ouvrir l’interrupteur.
Ajoutez des paires et regardez le voltmètre.
02 · Conversion
| Unité | Valeur | Où on le rencontre |
|---|---|---|
| {n} | {v} | {note} |
Un neurone au repos maintient environ −70 mV de part et d’autre d’une membrane de 5 nm d’épaisseur. Le champ y atteint environ 14 MV/m.
Une batterie de voiture de 12 V fournit 12 J à chaque coulomb. Le démarreur tire des centaines d’ampères — des kilowatts de puissance.
Le statvolt du système CGS vaut presque 300 V, plus précisément 299,792 458 V.
03 · Ordres de grandeur
04 · Instruments de mesure
05 · Règles d’écriture
06 · Unités voisines
07 · Section historique
Depuis 1990, le volt est conservé grâce aux jonctions Josephson. Une jonction supraconductrice soumise à des micro-ondes de fréquence f donne une tension en marches strictes de f/K_J, où K_J = 2e/h est la constante de Josephson. Depuis 2019, elle est exacte : 483 597,848 4 GHz/V. Une chaîne de dizaines de milliers de jonctions donne 10 V à quelques milliardièmes près.
Auparavant, l’étalon était l’élément normal Weston — un récipient au cadmium et au mercure en forme de lettre H. À 20 °C, il donnait 1,018 64 V. Le volt international de 1908 s’est révélé plus grand que l’actuel de 0,034 %.
Catalogue des grandeurs
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Une goutte d'acide change la couleur du jus, le sel colore la flamme, l'eau gèle d'un coup. En dessous, toutes les fiches Simetrium, par discipline et par ordre alphabétique.
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