En pratique, la tension est une mesure d'une différence entre deux points. Vous ne pouvez y penser que de cette façon et être un très bon ingénieur. Mesurer la différence entre deux points est facile avec un voltmètre, comme vous le savez sans doute. Cette chose que vous mesurez est généralement appelée tension mais est plus correctement appelée différence de potentiel électrique .
Mais, il y a une chose qui peut être mesurée dans volts qui est défini en un seul point, et qui est le potentiel de champ électrique . Pour le comprendre, vous devez quitter le domaine de l'ingénierie, et entrer dans le domaine de la physique (sans jeu de mots).
Disons que vous avez un électron (charge négative) et un proton (charge positive). Naturellement, ces deux vont attirer, et (pour autant que je sache; je ne suis pas physicien!) C'est ce qui maintient les électrons collés à leurs noyaux atomiques.
Mais, si vous pouvez tirer ces deux à part, vous obtenez un champ entre eux. Vous pouvez le visualiser comme ceci:
( source d'image)
Ces lignes représentent la force (dans notre cas, la force électromotrice) qui serait subie par une charge, si elle était dans ce domaine. Autrement dit, si vous étiez une charge infiniment petite sur cette image, vous ressentiriez une force vous poussant dans la direction des flèches. Vous pouvez penser que le proton crache un fluide invisible et que l'électron l'aspire. Ce fluide invisible agit sur d'autres charges comme le vent.
Voici une autre façon de visualiser le même champ. Le proton est une montagne et l'électron est une vallée:
( source d'image)
Si vous êtes une balle sur ce terrain, la gravité fonctionnera sur vous et vous roulerez en descente. Sauf que ce n'est pas un champ de gravité, donc notre "boule" est faite de "charge", pas de masse. Bien sûr, si vous ajoutez des frais à cette image, le champ change. Ceci est également vrai pour les champs de gravité, sauf que la Terre est tellement plus massive que la boule que vous imaginez que son effet est négligeable. Alors, imaginez que votre boule de charge roulant dans ce champ soit infinitésimale.
Maintenant, vous remarquerez une chose à propos de ce champ: à mesure que nous l'étendons à l'infini, il devient plat. Le potentiel du champ électrique à cet endroit infiniment éloigné est de \ $ 0V \ $, par définition.
Si nous voulons mettre une balle sur la montagne depuis infiniment loin, nous devrons faire travail. Combien? Eh bien, cela dépend de deux choses: la hauteur à laquelle nous voulons le pousser et la taille de la balle. Une grosse balle demande plus de travail. Le pousser plus haut demande plus de travail.
Une façon de définir le volt est de joules (énergie, travail) par coulomb (charge):
$$ V = \ frac {J} {C} $$
Donc, vous pouvez voir les choses de cette façon: si vous aviez une boule de charge qui faisait 1 coulomb de gros, et 1 joule de travail le poussant vers le haut, vous avez un volt de haut. Ou, si vous avez une boule de 1 coulomb de charge, et que vous la laissez rouler vers le bas dans l'électron et que vous l'arrêtez après que 1 joule de travail a été fait, vous êtes à -1 volt. Si votre balle était grosse de 2 coulombs, alors le travail est doublé, mais c'est toujours juste 1 volt.
Ainsi, vous pouvez choisir n'importe quel point dans ce champ, et obtenir son potentiel électrique. C'est la quantité de travail qui pourrait être ou qui a été fait, par unité de charge, pour y arriver de très loin. Avec notre analogie colline et vallée, le potentiel électrique est analogue à l'élévation.
Lorsque vous collez vos sondes sur deux points, vous vous posez la question:
Si je laisse une boule de charge qui fait 1 coulomb gros rouleau entre ces points, combien de joules de travail sera-t-il fait dessus?
Bien sûr, nous ne pouvons pas nous éloigner infiniment de toute charge dans l'univers, nous ne pouvons donc pas réellement mesurer le potentiel de champ électrique directement avec un multimètre. Nous ne pouvons mesurer que la différence de potentiel électrique. Mais, nous pouvons calculer le potentiel de champ électrique, si nous savons où se trouvent les charges dans un système.
Puisque nous ne sommes pas infiniment loin de toute charge dans l'univers, il y a forcément un potentiel de champ électrique partout. Mais nous ne pouvons pas travailler uniquement avec du potentiel; nous avons besoin d'une différence . Vous ne pouvez pas travailler avec une balle sur une montagne à moins de pouvoir la faire rouler.