La loi des tensions de Kirchhoff (KVL) en thermal engineering: principes de base, applications pratiques et importance pour l’analyse des circuits électriques.
Qu’est-ce que la loi des tensions de Kirchhoff (KVL) ?
La loi des tensions de Kirchhoff (en anglais Kirchhoff’s Voltage Law, KVL) est une règle fondamentale en électricité, particulièrement utilisée en ingénierie électrique et électronique. Cette loi permet d’analyser des circuits électriques en déterminant les tensions présentes dans chaque branche d’un circuit.
KVL stipule que la somme algébrique des tensions dans n’importe quelle boucle fermée d’un circuit électrique est égale à zéro. Cela signifie qu’en suivant un chemin fermé autour du circuit, les augmentations de tension (générateur, sources) et les diminutions de tension (résistances, charges) se compensent.
- Formellement, KVL peut être exprimée par l’équation :
\(\sum_{k=1}^{n} V_k = 0\)
où \(V_k\) représente la tension à travers le kème élément du circuit.
Origine de la loi des tensions de Kirchhoff
Cette règle vient des principes de conservation de l’énergie. Établie par Gustav Kirchhoff, un physicien allemand, en 1845, la loi des tensions est l’une des deux lois de Kirchhoff, l’autre étant la loi des courants (KCL).
Exemple pratique de KVL
Considérons un circuit simple composé d’une source de tension \(V\), et de deux résistances \(R_1\) et \(R_2\) connectées en série. Selon KVL, la somme des tensions à travers la source et les résistances doit être égale à zéro :
\(V – V_{R_1} – V_{R_2} = 0\)
où :
- \(V\) est la tension de la source.
- \(V_{R_1}\) est la chute de tension à travers \(R_1\).
- \(V_{R_2}\) est la chute de tension à travers \(R_2\).
En utilisant la loi d’Ohm (V = IR), nous pouvons écrire les chutes de tension sur chaque résistance :
\(V_{R_1} = I \cdot R_1\)
\(V_{R_2} = I \cdot R_2\)
En substituant ces valeurs dans l’équation de KVL, nous obtenons :
\(V – I \cdot R_1 – I \cdot R_2 = 0\)
Ce qui peut être réarrangé pour trouver le courant \(I\) dans le circuit :
\(I = \frac{V}{R_1 + R_2}\)
Utilité de KVL
La loi des tensions de Kirchhoff est essentielle pour les ingénieurs et les techniciens travaillant avec des circuits électriques. Elle permet de :
- Analyser des circuits complexes en les décomposant en boucles.
- Identifier les valeurs de tensions et de courants inconnus.
- Concevoir et tester des systèmes électroniques de manière efficace.
En conclusion, la loi des tensions de Kirchhoff nous donne un outil puissant pour comprendre et résoudre les systèmes électriques, assurant que l’énergie est conservée dans tout circuit, quelle que soit sa complexité.
