Branchement de l'ampèremètre et du voltmètre

Programmes : KS3, cycle 4, Sek I

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Objectif

Apprendre à brancher un ampèremètre en série et un voltmètre en dérivation sur une portion de circuit.

Le montage

Une source de 6 V, un ampèremètre, une résistance de 100 Ω ; un voltmètre est branché en dérivation aux bornes de la résistance. Les appareils de mesure sont en mode DC.

Protocole

1. Notez les indications de l’ampèremètre et du voltmètre.
2. Faites glisser un second ampèremètre depuis le panneau Composants et branchez-le avec des câbles en dérivation aux bornes de la résistance.
3. Supprimez l’ampèremètre en trop et remettez la source en marche avec la touche Secteur.
4. Branchez le voltmètre en série dans le circuit : retirez le câble entre l’ampèremètre et la résistance et déplacez les câbles du voltmètre — le câble du « + » vers la sortie de l’ampèremètre, le câble du « − » vers la borne de gauche de la résistance. Notez les indications des deux appareils.

Résultat attendu

L’ampèremètre indique environ 59,6 mA, le voltmètre environ 5,96 V. Un ampèremètre branché en dérivation n’a presque pas de résistance et court-circuite la résistance : il ne reste dans le circuit que la résistance interne de la source et les deux ampèremètres. L’intensité dépasse 7 A, la protection contre les surcharges coupe la source et le voyant d’alimentation clignote en rouge. Une fois l’ampèremètre en trop supprimé et la source remise en marche, les indications redeviennent celles du début.

Un voltmètre branché en série indique presque toute la tension de la source, environ 6,00 V, et l’ampèremètre pratiquement zéro (moins d’un microampère) : la résistance du voltmètre, 10 MΩ, est cent mille fois plus grande que celle de la résistance, et il ne laisse passer pratiquement aucun courant. Dans le même temps, la tension aux bornes de la résistance est presque nulle : un appareil de mesure branché en série la « prend » toute.

Questions

1. Pourquoi un ampèremètre doit-il avoir une faible résistance et un voltmètre une résistance élevée ?
2. Pourquoi un voltmètre branché en série indique-t-il presque la tension de la source alors que le courant dans le circuit disparaît ?

Réponses

1. L’ampèremètre est branché en série, donc sa résistance s’ajoute à celle du circuit et doit être faible pour que l’appareil ne réduise pas l’intensité qu’il mesure : ici 0,1 Ω contre 100 Ω. Le voltmètre est branché en dérivation et détourne une partie du courant de la portion qu’il mesure ; avec 10 MΩ contre 100 Ω, cette partie vaut environ un cent-millième du courant qui traverse la résistance.
2. En série, les 10 MΩ du voltmètre s’ajoutent à la résistance de 100 Ω, si bien que l’intensité n’est que de \(I = U / R\) ≈ 6 V / 10 MΩ = 0,6 µA. À cette intensité, la résistance n’a qu’environ 60 µV à ses bornes, l’ampèremètre et la source encore moins, et presque la totalité des 6 V reste aux bornes du voltmètre.