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Vidéo de question : Déterminer la déviation de l’aiguille d’un galvanomètre soumis à un courant alternatif Physique

Un galvanomètre est connecté à une source de courant alternatif de basse fréquence. La borne 𝑎 du galvanomètre est positive lorsque la borne 𝑏 est négative et inversement. Les polarités des bornes alternent périodiquement. Laquelle des réponses suivantes décrit le mieux la déviation de l’aiguille du galvanomètre? [A] L’aiguille reste en position de déviation nulle. [B] L’aiguille subit un mouvement circulaire uniforme. [C] L’aiguille oscille entre deux positions, l’une d’elles étant la position de déviation nulle. [D] L’aiguille oscille entre deux positions équidistantes par rapport à la position de déviation nulle.

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Transcription de vidéo

Un galvanomètre est connecté à une source de courant alternatif de basse fréquence. La borne 𝑎 du galvanomètre est positive lorsque la borne 𝑏 est négative et inversement. Les polarités des bornes alternent périodiquement. Laquelle des réponses suivantes décrit le mieux la flèche de l’aiguille du galvanomètre? (A) L’aiguille reste en position de déviation nulle. (B) L’aiguille subit un mouvement circulaire uniforme. (C) L’aiguille oscille entre deux positions, dont l’une est la position de déviation nulle. (D) L’aiguille oscille entre deux positions équidistantes de la position de déviation nulle.

Le schéma qui nous est donné montre le fonctionnement interne d’un galvanomètre, qui dans un schéma de circuit est symbolisé par un cercle avec un 𝐺 à l’intérieur. Lorsque le courant passe dans le galvanomètre, il induit un champ magnétique qui interagit avec le champ magnétique déjà présent entre les deux aimants permanents. Cela crée une force sur les fils entre ces aimants permanents, les amenant à tourner dans un sens ou dans un autre, ce qui provoque ensuite une déviation de l’aiguille dans un sens ou dans l’autre. Une plus grande valeur de courant induit un champ magnétique plus puissant, ce qui crée plus de force sur le fil, ce qui entraîne une plus grande déviation de l’aiguille sur le cadran. Et de cette façon, un galvanomètre est capable de mesurer l’intensité du courant qui le traverse.

La direction du courant dans les fils détermine également la direction de la déviation de l’aiguille. Cependant, les galvanomètres sont assez sensibles, et vous ne pouvez généralement mesurer que de petits courants avant que l’aiguille ne soit au maximum. Cependant, il existe une solution pour contourner cela. En connectant une résistance avec une très petite valeur de résistance en parallèle avec le galvanomètre, nous pouvons augmenter le courant que nous pouvons mesurer avant que l’aiguille atteigne son maximum de déviation. Lorsqu’elle est utilisée de cette manière, une telle résistance est appelée résistance de shunt. Mais peu importe la valeur du courant ou la valeur de la résistance de shunt, l’aiguille ne déviera pas au-delà des points maximum du cadran.

Sachant cela, il faudrait dire que la réponse (B) n’est pas correcte. L’aiguille ne peut pas subir un mouvement circulaire uniforme car les bobines de fil à chaque extrémité du galvanomètre empêcheraient l’aiguille de dévier au-delà d’un certain point. Pour que l’aiguille subisse un mouvement circulaire uniforme, nous devrions avoir un galvanomètre cassé. La réponse (B) n’est pas correcte. En regardant toutes les autres réponses qui nous restent, il devient tout à fait évident de comprendre pourquoi les galvanomètres ne sont utilisés que pour mesurer un courant continu, car toutes ces réponses semblent mauvaises pour essayer réellement d’obtenir une mesure. Si l’aiguille reste en position de déviation nulle même lorsqu’un courant traverse le galvanomètre, cela signifie qu’on ne peut rien lire et qu’il est donc inutile.

Dans le même temps, si l’aiguille oscille entre deux positions différentes, comme nous le voyons dans les réponses (C) et (D), c’est aussi mauvais, car un bon appareil de mesure devrait nous donner un bon nombre stable, pas un qui fluctue entre une plage des valeurs. Donc, toutes ces réponses sont mauvaises pour nous donner une mesure réelle du courant, mais nous cherchons simplement la déviation de l’aiguille. La question nous dit que ce galvanomètre est connecté à une source de courant alternatif de basse fréquence et que les bornes 𝑎 et 𝑏 sont toujours de polarités opposées. Tout le courant sera d’abord dans une direction, ce qui entraînera la déviation de l’aiguille d’un côté. Donc, parce que l’aiguille ne reste pas à la position de déviation nulle, nous savons déjà que la réponse (A) ne peut pas être correcte.

Maintenant, en effaçant les réponses incorrectes (A) et (B), nous pouvons montrer un graphique qui montre comment le courant alternatif change avec le temps. La déviation de l’aiguille est à son maximum lorsque l’intensité réelle est à son maximum. Mais à mesure que la valeur du courant dans cette direction diminue, la déviation de l’aiguille finit aussi par revenir à zéro. Au moment précis où il n’y a pas de courant dans les deux sens, l’aiguille pointe vers zéro, mais elle ne s’arrête pas là. Le sens du courant va basculer, et l’aiguille commencera à dévier vers l’autre côté, atteignant finalement la déviation maximale dans cette direction pour la valeur maximale du courant dans ce sens. Avant que l’intensité ne diminue, l’aiguille revient à zéro et le processus se répète.

Notamment, ces deux positions de déviation maximale de l’aiguille sont équidistantes de la position de déviation nulle car l’intensité maximale de ce courant alternatif est la même dans les deux sens. Ainsi, même si l’aiguille passe par la position de déviation nulle, ce n’est pas l’une des positions entre lesquelles l’aiguille oscille. Cela signifie que la réponse qui décrit le mieux la déviation de l’aiguille est la réponse (D). L’aiguille oscille entre deux positions équidistantes de la position de déviation nulle.

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