Générateur à vide ; notion de "force électromotrice"
Définition : Générateur "à vide"
Un générateur[1] est "à vide" si aucun circuit n'est relié à ses bornes. Dans ce cas, aucun courant ne circule, donc, d'un point de vue macroscopique, les porteurs de charge sont immobiles . Considérons une charge \(q>0\) dans le générateur. Elle est soumise à la fois à l'action du champ électrique et à celle du champ électromoteur. Si elle est immobile, c'est que la résultante des forces qui s'exercent sur elle est nulle :
\(q.\vec E+q.\vec E_m=\vec0\)
La force \(q.\vec E\) tend à entraîner les charges de A vers B. Par définition, la différence de potentiel[2] \(\;V_A-V_B\) est égale au travail[3] de cette force, le long du trajet AB, par unité de charge :
\((V_A-V_B)=\frac{W_{A \rightarrow B }(q.\vec E)}{q}\)
La force \(q\vec E_m\) tend à entraîner les charges de B vers A. Par définition, le travail de cette force, le long du trajet BA, par unité de charge, est égal à une constante appelée "force électromotrice" E du générateur :
\(E=\frac{W_{B \rightarrow A }(q.\vec E_m)}{q}\)
Attention :
Explication :
Puisque : \(q.\vec E+q.\vec E_m=0\), on peut écrire :
\(W_{A \rightarrow B }(q.\vec E) + W_{A \rightarrow B }(q.\vec E_m) = 0\)
\(W_{A \rightarrow B }(q.\vec E)= - W_{A \rightarrow B }(q.\vec E_m) =W_{B \rightarrow A }(q.\vec E_m)\)
\(q(V_A-V_B)=qE\)
D'où, en divisant cette égalité par q :
\(V_A - V_B = E\)
La différence de potentiel aux bornes d'un générateur à vide est égale à sa force électromotrice[5] :
\(E = V_A - V_B\)
On dit indifféremment fonctionnement "à vide" ou "en circuit ouvert" ; E est une caractéristique fondamentale d'un générateur.