Voltmètre

Fonction et symbole du voltmètre

Alors, comment fonctionnent exactement les voltmètres et à quoi peuvent-ils servir ? Tous les voltmètres doivent être placés en parallèle avec le composant dont ils essaient de mesurer la tension. En effet, les composants en parallèle ont la même différence de potentiel, conformément à la règle de la boucle de Kirchhoff, et en plaçant le voltmètre en parallèle, il mesure la tension à travers le composant en mesurant sa propre tension.

Les voltmètres ne procèdent pas tous de la même manière. Les premiers voltmètres mesuraient le courant qui les traversait en utilisant une inductance électromagnétique pour faire dévier une aiguille qui, associée à une résistance connue, permettait de calculer la tension grâce à la loi d'Ohm. Les voltmètres numériques modernes ont tendance à mesurer le temps de décharge d'un condensateur pour calculer la tension qui les traverse.

Fig. 1 - Un voltmètre analogique utilise l'induction électromagnétique pour mesurer la différence de potentiel.

Comme on peut le voir sur la figure 2, le symbole d'un voltmètre dans le schéma du circuit est un cercle avec la lettre V au centre.

Fig. 2 - Le symbole d'un voltmètre dans les schémas de circuit.

Les voltmètres peuvent mesurer la différence de potentiel entre deux points quelconques d'un circuit, et donc peut-être en parallèle avec plusieurs composants si la différence de potentiel totale des composants est mesurée. Par exemple, le voltmètre \(V_1\) mesure la tension de l'ampoule, mais le voltmètre \(V_2\) mesure la tension de l'ampoule et de la résistance.

Fig. 3 - Il est important de vérifier quels composants sont en parallèle avec le voltmètre, car plusieurs composants peuvent être mesurés par le même voltmètre, comme on le voit ci-dessus.

Les voltmètres sont conçus pour mesurer la tension aux bornes avec le moins d'impact possible sur le courant qui traverse le composant. Pour ce faire, les voltmètres ont des résistances très élevées pour empêcher le courant de les traverser. Lorsque l'on considère des voltmètres idéaux dans les schémas de circuit, on suppose qu'ils ont une résistance infinie et qu'ils peuvent donc mesurer la tension sans qu'aucun courant ne les traverse. Ce n'est pas possible pour les voltmètres réels, et c'est pourquoi les voltmètres affectent toujours quelque peu un circuit.

Unité du voltmètre

La tension est définie comme l'énergie par unité de charge et peut être calculée à l'aide de l'équation\[\text{Voltage}=\frac{\text{Travail effectué}}{\text{Charge}}.\N].

L'énergie étant mesurée en joules \(\mathrm{J}\) et la charge en coulomb \(\mathrm{C},\), il s'ensuit que l'unité de tension est le joule par coulomb \(\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{C}}\). Ceci définit l'unité standard de tension, le volt \(\mathrm{V}=\frac{\mathrm{J}}{\mathrm{C}}\), nommé d'après le physicien italien Alessandro Volta.

La tension d'une batterie ou d'une source d'énergie détermine la quantité d'énergie qu'elle donne à un courant, et est donc un indicateur de sa puissance. Aux États-Unis, l'électricité du secteur, utilisée pour les appareils ménagers tels que les micro-ondes, fonctionne à \N(120\N,\Nmathrm{V}\N) alors que dans la plupart des autres pays du monde, le secteur est à \N(240\N,\Nmathrm{V}\N). Les tensions des piles que tu verras dans les analyses de circuits, par exemple, lors d'expériences en laboratoire, seront probablement de l'ordre de \N(5 \N, \Nmathrm{to} \N, 10 \N,\Nmathrm{V}}\N).

Diagramme du voltmètre

Les voltmètres apparaissent dans de nombreuses questions d'analyse de circuits, il est donc important que nous sachions reconnaître les voltmètres dans un diagramme et que nous sachions comment construire des diagrammes avec des voltmètres. Il est important de se rappeler que les voltmètres doivent être parallèles au composant ou aux composants qu'ils mesurent.

Voyons un exemple de question sur un circuit impliquant des voltmètres.

Voltmètre et multimètre

Tu connais peut-être l'instrument illustré à la figure 5 pour l'avoir utilisé en laboratoire. Il s'agit de multimètres qui sont souvent utilisés pour mesurer la tension d'un composant, tout comme les voltmètres. En fait, les multimètres sont simplement des instruments qui peuvent être utilisés pour mesurer plusieurs grandeurs électriques différentes, telles que le courant, la tension et la résistance.

Fig. 5 - Les multimètres sont indispensables aux ingénieurs électriciens, car ils permettent de mesurer différentes grandeurs avec le même instrument.

Les multimètres ne sont essentiellement qu'une extension des voltmètres et ampèremètres à usage unique, qui mesurent le courant. Ils contiennent plusieurs réglages afin de pouvoir mesurer différentes quantités. Il est toutefois nécessaire de placer les multimètres en parallèle avec les composants si l'on veut mesurer leur tension. Un multimètre placé en série ne donnera aucune indication s'il est réglé sur la tension, mais il donnera une indication s'il est réglé sur l'intensité, car il se comportera alors comme un ampèremètre.