Ampèremètre

Tu as probablement déjà utilisé un ampèremètre dans un laboratoire de physique pour mesurer le courant dans un circuit électrique. En plus d'être utile pour enseigner et comprendre le flux d'électrons, l'ampèremètre est en fait un élément essentiel de nombreux systèmes électriques qui nous entourent. Une fois qu'un circuit, beaucoup plus compliqué que celui construit dans un cours de physique au lycée, est construit, il est important de vérifier son fonctionnement. Parmi les exemples, on peut citer l'électricité des bâtiments, les moteurs des automobiles et l'alimentation électrique d'un ordinateur. Si le courant qui circule dans un système particulier dépasse ses limites, cela peut entraîner un dysfonctionnement et même devenir dangereux. C'est là que l'ampèremètre est utile. Dans cet article, nous aborderons les différents aspects théoriques et pratiques des ampèremètres !

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Quelle est l'expression mathématique de la loi d'Ohms ? Ici, \(I\) est le courant, \(V\) est la tension et \(R\) est la résistance.

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Laquelle des équations suivantes peut être utilisée pour trouver la résistance \(R\) dans un circuit en série ?

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Un circuit en série comporte deux résistances, respectivement\N(2\N,\NOmega\N) et \N(4\N,\NOmega\N), et une batterie \N(12\N,\Nmathrm{V}\N). Quel est le courant mesuré de ce circuit si un ampèremètre idéal y est connecté ?

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Un circuit en série comporte deux résistances, respectivement \(1\N,\NOmega\N) et \N (2\N,\NOmega\N), et une batterie \N (12\N,\Nmathrm{V}\N). Quel est le courant mesuré de ce circuit s'il a un ampèremètre non idéal avec une résistance interne de \ (1\N,\NOmega\N)?

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Vrai/Faux : Lors du raccordement d'un ampèremètre à un circuit électrique, leconnecteur négatif de l'ampèremètre doit être connecté à la borne positive de la batterie, et leconnecteur positif se connecte à la borne négative.

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    Définition de l'ampèremètre

    La mesure du courant électrique est un aspect crucial de l'évaluation des performances de divers systèmes électroniques et électriques. Nous pouvons le faire en utilisant un ampèremètre visible sur la figure 1 ci-dessous.

    Ampèremètre Un ampèremètre StudySmarterFig. 1 - Un ampèremètre typique avec deux plages de mesure.

    Un ampèremètre est un outil utilisé pour mesurer le courant en un point précis d'un circuit.

    Il est facile à retenir, car son nom découle directement de la mesure du courant - les ampères. Il doit toujours être branché en série avec l'élément dans lequel le courant est mesuré, car c'est à ce moment-là que le courant reste constant.

    Unampèremètre idéal a une résistance nulle, ce qui signifie qu'il n'affecte pas le courant de l'élément avec lequel il est en série. En réalité, ce n'est évidemment pas le cas : tous les ampèremètres ont au moins une certaine résistance interne, mais elle doit être aussi faible que possible, car toute résistance présente altère les mesures de courant. Un exemple de problème comparant les deux cas se trouve plus loin dans cet article.

    Un outil équivalent pour mesurer la différence de potentiel électrique entre deux points d'un circuit est un voltmètre. En connectant un voltmètre avant et après un consommateur (par exemple une résistance), nous pouvons mesurer la chute de tension.

    Symbole de l'ampèremètre

    Comme tous les autres composants d'un circuit électrique, les ampèremètres ont leur propre symbole. Il est facilement reconnaissable, car la lettre "A" confinée dans un cercle, illustrée dans la figure 2 ci-dessous, représente l'ampèremètre.

    Symbole de l'ampèremètre StudySmarterFig. 2 - Le symbole de l'ampèremètre.

    Parfois, la lettre peut être surmontée d'une ligne ondulée ou d'une ligne droite jumelée à une ligne en pointillés. Cela indique simplement si le courant est respectivement alternatif (AC) ou continu (DC).

    Formule et fonctions de l'ampèremètre

    La principale formule à prendre en compte lorsqu'il s'agit d'ampèremètres est la loi d'Ohm :

    \[I=\frac{V}{R},\]

    où \( I\) est le courant en ampères (\(\mathrm{A}\)), \(V\) est latension en volts (\(\mathrm{V}\ )), et \ (R\) est la résistance en ohms (\(\Omega\)). Si nous mesurons le courant à l'aide d'un ampèremètre et la tension à l'aide d'un voltmètre, nous pouvons alors calculer la résistance à un certain point du circuit.

    De même, si nous connaissons la résistance et la tension du circuit, nous pouvons vérifier les mesures de notre ampèremètre. Il est important d'appliquer la bonne équation pour calculer la résistance du circuit. Un ampèremètre sera toujours branché en série, tandis qu'un voltmètre doit être branché en parallèle.Rappelle-toi que :

    • Si les résistances sont ensérie (c'est-à-dire les unes à côté des autres), tu additionnes la valeur de chaque résistance : \[R_\mathrm{series}=\sum_{n}R_n=R_1+R_2+ \cdots,\]

    • Si les résistances sont en parallèle, la règle pour trouver la résistance totale est la suivante : [\frac{1}{R_\mathrm{parallèle}}=\sum_{n}\frac{1}{R_n} =\frac{1}{R_1}+\frac{1}{R_2}+\cdots,\N].

    Appliquons ces équations à un problème d'exemple, en comparant le courant dans un circuit avec un ampèremètre idéal et un ampèremètre non idéal !

    Un circuit en série comporte deux résistances, respectivement \N(1\N,\NOmega\N) et \N (2\N,\NOmega\N), et une batterie \N (12\N,\Nmathrm{V}\N). Quel est le courant mesuré de ce circuit si un ampèremètre idéal y est connecté ? Comment ce courant change-t-il si un ampèremètre non idéal avec une résistance interne de \ (3\,\Omega\) est connecté à la place ?

    Ampèremètre Un schéma de circuit avec une source d'alimentation de 12 volts, deux résistances, une et deux ohms respectivement), et un ampèremètre tous connectés en série StudySmarterFig. 3 - Schéma d'un circuit électrique avec un ampèremètre connecté en série.

    Réponse :

    Toutd'abord, considérons le cas de l'ampèremètre idéal. Comme son nom l'indique, dans ce cas, l'ampèremètre n'a pas de résistance, nous utilisons donc l'équation suivante pour trouver la résistance totale de ce circuit en série :

    \begin{align} R_\mathrm{séries}&=R_1+R_2 \\N- &= 1\N,\NOmega + 2\N,\NOmega\N &=3\N,\NOmega. \Nend{align}

    Nous pouvons utiliser la loi d'Ohm

    \[I=\frac{V}{R}\]

    pour calculer le courant que l'ampèremètre devrait détecter :

    \[I=\frac{12\,\mathrm{V}}{3\,\Omega}=4\,\mathrm{A}.\]

    Maintenant, suivons les mêmes étapes, mais cette fois en tenant compte de la résistance interne de l'ampèremètre :

    \begin{align} R_\mathrm{series}&=R_1+R_2+ R_\mathrm{A}\\N- 1,\N- Oméga + 2,\N- Oméga + 3,\N- Oméga\N- 6,\N- Oméga. \Nend{align}

    Par conséquent, le courant mesuré par l'ampèremètre non idéal est le suivant

    \[I=\frac{12\,\mathrm{V}}{6\,\Omega}=2\,\mathrm{A}\]

    qui est deux fois plus petit que celui d'un ampèremètre idéal.

    Sur la base de ces résultats, nous pouvons conclure que la résistance interne de l'ampèremètre peut avoir un impact significatif sur la mesure du courant réel qui circule dans le circuit.

    Fonction de l'ampèremètre

    La fonction principale d'un ampèremètre est de mesurer le courant dans un circuit électrique. Voyons donc les étapes de base de l'application d'un ampèremètre à un circuit dans la vie réelle. Un exemple de diagramme d'un ampèremètre typique est visible dans la figure 4 ci-dessous. Il possède une échelle affichant une gamme de courants qu'il pourra détecter, ainsi qu'un connecteur positif et un connecteur négatif indiqués sur sa base. Parfois, il y a deux échelles superposées, chacune ayant un connecteur positif séparé. Ces échelles se composent généralement d'une plage de mesures plus large et d'une plage de mesures plus étroite, par exemple de -1 à 3 et de -0,2 à 0,6, comme le montre la figure 1, ce qui nous permet de prendre des mesures plus précises dans cette plage plus restreinte.

    Ampèremètre Schéma d'un ampèremètre StudySmarter Fig. 4 - Schéma d'un ampèremètre.

    Dans un circuit simple composé d'une pile, d'une source (par exemple, une ampoule) et de fils, nous pouvons mesurer le courant en déconnectant le fil de la source et de la pile et en insérant l'ampèremètre à l'intérieur du circuit.

    Le connecteur négatif de l'ampèremètre doit être relié à la borne négative de la batterie. De même, le connecteur positif se connecte à la borne positive. Il ne reste plus qu'à lire la mesure du courant et à estimer l'erreur !

    Effet de la température

    En raison de la sensibilité d'un ampèremètre, chaque fois que l'on prend des mesures, il faut faire attention aux températures environnantes. Les fluctuations de température peuvent entraîner des lectures erronées. Par exemple, si la température augmente, la résistance augmente également. Une plus grande résistance signifie que moins de courant passera à travers elle ; par conséquent, la lecture de l'ampèremètre sera également plus faible. Cet effet peut être réduit en connectant une résistance d'amortissement à l'ampèremètre en série.

    Larésistance d'amortissement est une résistance dont le coefficient de température est nul.

    Mesures de l'ampèremètre

    Cet article se concentre sur les ampèremètres en particulier. Cependant, de nos jours, il existe d'autres instruments utilisés pour mesurer le courant d'un système électrique.

    Par exemple, un instrument couramment utilisé pour mesurer le courant est le multimètre.

    Un multimètre est un outil qui mesure le courant électrique, la tension et la résistance sur plusieurs plages de valeurs.

    Ampèremètre Un multimètre StudySmarterFig. 5 - Un multimètre regroupe les fonctions d'un ampèremètre, d'un voltmètre et d'un ohmmètre.

    Comme la définition l'indique, c'est un outil très polyvalent qui peut nous fournir beaucoup d'informations sur un circuit particulier. Au lieu d'avoir à apporter un ampèremètre, un voltmètre et un ohmmètre, tout est combiné dans un seul instrument.

    Un autre instrument similaire à l'ampèremètre est le galvanomètre.

    Un galvanomètre est un outil utilisé pour mesurer de petits courants électriques.

    La principale différence entre ces deux outils est que l'ampèremètre ne mesure que l'ampleur du courant, alors que le galvanomètre peut également en déterminer la direction. Cependant, il ne fonctionne que pour une petite plage de valeurs.

    Conversion d'un galvanomètre en ampèremètre

    Il est possible de convertir un galvanomètre en ampèremètre en ajoutant simplement une résistance de shunt \(S\) au circuit. Elle a une très faible résistance et doit être connectée au galvanomètre en parallèle, comme le montre la figure 6.

    Ampèremètre Résistance shunt connectée en parallèle à un galvanomètre ÉtudeApprentissage ÉtudeApprentissageFig. 6 - Une résistance shunt connectée en parallèle à un galvanomètre.

    Nous savons que la résistance potentielle à travers deux composants parallèles est la même. En appliquant la loi d'Ohm, nous concluons donc que le courant \(I\) est directement proportionnel au courant traversant le galvanomètre \(I_\mathrm{G}\) sur la base de l'expression suivante :

    \[I_\mathrm{G}=\frac{S}{S + R_\mathrm{G}}I\]

    où \(R_\mathrm{G}\) est la résistance du galvanomètre.

    Si l'on veut augmenter la portée d'un galvanomètre, on applique

    \[S=\frac{G}{n-1},\]

    où \(S\r} est la résistance du shunt, \(G\r} est la résistance du galvanomètre, et \(n\r} est le nombre de fois que la résistance augmente.

    Ampèremètre - Points clés

    • Un ampèremètre est un outil utilisé pour mesurer le courant en un point précis d'un circuit.
    • Un ampèremètre doit toujours être connecté en series avec l'élément dans lequel le courant est mesuré, car c'est à ce moment-là que le courant reste constant .
    • Un ampèremètre idéal a une résistance nulle, ce qui signifie qu'il n'affecte pas le courant dans l'élément avec lequel il est en série.
    • Le symbole d'un ampèremètre dans un circuit électrique est la lettre "A" enfermée dans un cercle.
    • La principale formule à prendre en compte lorsqu'il s'agit d'ampèremètres est la loi d'Ohm (I=\frac{V}{R}\).
    • Un multimètre est un outil qui mesure le courant électrique, la tension et la résistance sur plusieurs plages de valeurs.

    Références

    1. Fig. 1 - Ammeter (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:%D0%90%D0%BC%D0%BF%D0%B5%D1%80%D0%BC%D0%B5%D1%82%D1%80_2.jpg) by Желуденко Павло is licensed by CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).
    2. Fig. 2 - Symbole de l'ampèremètre, StudySmarter Originals.
    3. Fig. 3 - Ampèremètre connecté dans un circuit en série, StudySmarter Originals.
    4. Fig. 4 - Schéma d'un ampèremètre, StudySmarter Originals.
    5. Fig. 5 - Un multimètre sur le bureau (https://unsplash.com/photos/g8Pr-LbVbjU) par Nekhil R (https://unsplash.com/@dark_matter_09) sur Unsplash est sous licence du domaine public.
    6. Fig. 6 - Résistance shunt connectée en parallèle à un galvanomètre, StudySmarter Originals.
    Questions fréquemment posées en Ampèremètre
    Qu'est-ce qu'un ampèremètre?
    Un ampèremètre est un appareil utilisé pour mesurer l'intensité du courant électrique dans un circuit.
    Comment utiliser un ampèremètre?
    Pour utiliser un ampèremètre, il doit être connecté en série avec le circuit dont on veut mesurer le courant.
    Quelle est l'unité mesurée par un ampèremètre?
    L'unité mesurée par un ampèremètre est l'ampère (A), qui est l'unité de base de l'intensité du courant électrique.
    Pourquoi l'ampèremètre doit-il être connecté en série?
    L'ampèremètre doit être connecté en série pour mesurer tout le courant qui traverse le circuit, sans altérer le flux du courant.

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