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Vidéo de la leçon : Voltmètres Sciences

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à utiliser des voltmètres dans des circuits électriques afin de mesurer la différence de potentiel aux bornes d’un composant du circuit.

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Transcription de vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à utiliser des voltmètres dans des circuits électriques afin de mesurer la différence de potentiel aux bornes d’un composant du circuit.

Un voltmètre est un dispositif utilisé pour mesurer la différence de potentiel aux bornes des composants du circuit. La plupart du temps, cela ressemble à un boîtier avec un cadran à l’avant et deux bornes auxquelles nous pouvons connecter des fils afin de relier notre voltmètre au circuit. Parfois, nous pouvons rencontrer des voltmètres numériques, qui sont similaires. Ils sont composés d’une boîte et de deux bornes. Mais au lieu d’un cadran pour afficher sa lecture, ils disposent d’un écran. Dans les deux cas, un V majuscule nous indique qu’il s’agit d’un voltmètre plutôt que d’un autre appareil.

La façon d’utiliser un voltmètre est de le connecter à un circuit. Nous avons ici un exemple de circuit composé d’une pile, d’une ampoule et d’un voltmètre. Nous pouvons voir que le cadran a changé de position. Le cadran nous indique que la différence de potentiel aux bornes de la pile de notre circuit est égale à cinq volts. Donc, si nous faisions une expérience avec notre voltmètre, nous dirions que la différence de potentiel aux bornes de la pile, mesurée par le voltmètre, est égale à cinq volts. Rappelez-vous que l’unité de la différence de potentiel est le volt.

Il est très important de s’assurer que notre voltmètre est connecté en parallèle avec les composants aux bornes desquels nous essayons de mesurer la différence de potentiel. Pour comprendre ce que nous entendons par là, considérons le chemin que le courant emprunte dans le circuit. En commençant à la borne positive de la pile, les charges peuvent circuler dans le sens des aiguilles d’une montre, dans le circuit de l’ampoule, la faisant s’allumer, et s’éteindre, avant d’aller vers la borne négative de la pile. Cependant, le courant pourrait prendre un autre chemin. En recommençant à partir de la borne positive de la pile, les charges peuvent aller dans le sens inverse des aiguilles d’une montre jusqu’à atteindre le voltmètre, le traverser et sortir de l’autre côté, puis revenir à la borne négative de la pile.

Dans ce circuit, notre voltmètre est connecté en parallèle avec le composant aux bornes duquel nous essayons de mesurer la différence de potentiel, la pile. Nous le savons parce que le courant peut traverser le circuit dans le sens des aiguilles d’une montre ou dans le sens inverse, ce qui signifie que le voltmètre se trouve sur une branche distincte du circuit. Pour voir cela encore plus clairement, considérons les schémas électriques. Commençons par rappeler qu’il s’agit du symbole de circuit d’une pile. On dirait que plusieurs piles sont reliées entre elles par des points au milieu. Ensuite nous pouvons dessiner le fil qui relie la borne positive de la pile à l’ampoule. Avec notre ampoule connectée à tout cela. Rappelons que le symbole de circuit d’une ampoule est un cercle avec une croix. Nous avons notre fil qui relie l’ampoule à la borne négative de la pile.

Ainsi, nous examinerons l’autre chemin que les charges peuvent prendre en traversant le circuit. Tout d’abord, nous dessinons le fil qui relie la borne positive de la pile au voltmètre. Puis, nous dessinons le voltmètre lui-même, dont le symbole de circuit est un cercle avec un V majuscule à l’intérieur. Nous dessinons le fil qui va du voltmètre à la borne négative de la pile. Encore une fois, nous pouvons considérer le chemin que prend le courant dans le circuit. En partant de la borne positive de la pile, nous voyons que les charges peuvent circuler dans le sens des aiguilles d’une montre à travers l’ampoule, la faisant s’allumer, puis revenir à la borne négative de la pile. Alternativement, les charges peuvent également circuler dans le sens inverse des aiguilles d’une montre vers le voltmètre, puis revenir à la borne négative de la pile. Cela nous montre que le voltmètre se trouve sur une branche différente du circuit et que les composants, il mesure la différence de potentiel aux bornes de la pile En effet, toutes les charges qui traversent la pile ne passent pas par le voltmètre, car une partie d’entre elles circule dans le sens des aiguilles d’une montre dans l’ampoule. Nous pouvons donc confirmer que notre voltmètre est connecté en parallèle avec la pile.

Cependant, si nous connections notre voltmètre au circuit comme celui-ci, nous verrions que le courant n’a qu’un seul chemin dans le circuit, ce qui signifie que toute les charges qui traversent la pile passe également par le voltmètre. Cela signifie que le voltmètre est connecté en série avec la pile et, dans ce cas, ne fonctionne pas car il n’est pas connecté correctement. Pour qu’un voltmètre fonctionne correctement, il doit être connecté en parallèle.

Une autre chose importante à noter est que notre voltmètre peut souvent ressembler à certains autres appareils. Le plus commun est l’ampèremètre. Un ampèremètre peut sembler presque identique à un voltmètre. Il prend généralement la forme d’un boîtier, il dispose d’un cadran et de deux bornes pour le connecter au circuit. Parfois, la seule façon de faire la différence entre un ampèremètre et un voltmètre est d’avoir un A majuscule sur l’ampèremètre, alors que notre voltmètre a un V majuscule.

Il est très important de ne pas confondre les ampèremètres et les voltmètres. C’est parce qu’ils ont des fonctions très différentes. Un voltmètre mesure la différence de potentiel aux bornes d’un composant dans un circuit, alors qu’un ampèremètre mesure le courant traversant un composant du circuit. Comme nous le savons, un voltmètre doit être connecté en parallèle avec le composant dont il mesure la différence de potentiel, alors qu’un ampèremètre doit être connecté en série avec le composant dont il mesure le courant qui le traverse. Donc, si nous utilisons un voltmètre, il est très important que nous cherchions le V majuscule sur le devant.

Maintenant que nous en avons appris un peu plus sur les voltmètres, regardons quelques exemples de questions pour nous aider à mieux comprendre le sujet.

Le schéma montre un circuit électrique. Combien y a-t-il de voltmètres dans le circuit?

Nous disposons d’un schéma de circuit contenant de nombreux composants. Il en contient en fait huit éléments, ce qui est un nombre assez important. Or, on nous a demandé de trouver combien de voltmètres il y a dans le circuit. Donc, pour répondre à cette question, commençons par rappeler le symbole du circuit pour un voltmètre, qui est un cercle avec un V majuscule à l’intérieur. En regardant notre circuit, nous pouvons voir deux voltmètres. Les autres composants sont une pile, un ampèremètre, trois ampoules et un commutateur ouvert. Le symbole du circuit pour l’ampèremètre ressemble assez à celui du voltmètre, sauf que ce dernier a un A majuscule à l’intérieur. La réponse à notre question est donc deux voltmètres. Il y a deux voltmètres dans le circuit.

Voyons maintenant un autre exemple de question.

Chacun des schémas suivants montre un circuit contenant une pile, une ampoule, un buzzer et un voltmètre. Lequel montre comment le voltmètre doit être connecté au circuit pour mesurer la différence de potentiel aux bornes de l’ampoule uniquement?

Pour répondre à cette question, commençons par regarder les symboles pour chacun des composants de ce circuit. Nous avons une pile, qui a un symbole de circuit qui ressemble à ceci, avec une longue ligne qui représente la borne positive et une petite ligne qui représente la borne négative. Nous avons également une ampoule, qui a un symbole de circuit qui ressemble à ceci, un cercle avec une croix. Nous avons aussi un buzzer, don’t le symbole de circuit est un demi-cercle avec deux lignes qui en sortent. Puis un voltmètre, dont le symbole est un cercle avec un V majuscule à l’intérieur.

La question nous demande comment le voltmètre doit être connecté pour mesurer la différence de potentiel uniquement aux bornes de l’ampoule. Nous pouvons rappeler que pour qu’un voltmètre mesure la différence de potentiel aux bornes d’un composant, il doit être connecté en parallèle avec ce composant. Dans ce cas, le voltmètre doit être connecté en parallèle uniquement avec l’ampoule. Nous devons donc identifier dans lequel des circuits A, B, C, D et E le voltmètre est connecté en parallèle uniquement avec l’ampoule.

Pour résoudre ce problème, nous pouvons suivre le chemin que le courant emprunte dans chaque circuit. Commençons par le circuit A. Les charges sortent de la borne positive de la pile vers l’ampoule et la traverse. Ensuite elles atteignent cette borne ici, et se divise, avec une partie du courant descendant vers le voltmètre et une partie allant à gauche vers le buzzer. Les charges traversent le voltmètre et reviennent en arrière, où elle rejoignent les charge qui circulent dans le buzzer à cette jonction. Les charges retournent ensuite à la borne négative de la pile. En suivant le courant sur son parcours dans le circuit, nous voyons que le voltmètre est en parallèle avec l’un des autres composants, car le flux de charge est divisé et une partie est allée au voltmètre tandis qu’une autre est allée au buzzer. Cela signifie que le voltmètre est en parallèle avec un composant, mais malheureusement, ce composant est le buzzer, pas l’ampoule. On peut donc dire que le schéma électrique A n’est pas la bonne façon de connecter le voltmètre en parallèle uniquement avec l’ampoule.

Ensuite, regardons le schéma électrique B. Les charges circulent de la borne positive de la pile à cette jonction ici, où elles se divisent. Une partie des charges descendent vers le voltmètre, le traversent, et atteignent cette deuxième jonction ici. Le reste des charges passent à gauche, dans l’ampoule, puis traversent le buzzer, avant de rejoindre les charges qui traversent le voltmètre à cette jonction. Elles continuent ensuite à refluer vers la borne négative de la pile. Nous voyons que le voltmètre est en parallèle avec l’ampoule, car le flux de charge se divise, avec une partie allant au voltmètre et une partie allant à l’ampoule. Cependant, les charges qui traversent l’ampoule passent également par le buzzer, ce qui signifie que le voltmètre est en parallèle avec le buzzer et l’ampoule. Nous voulons que le voltmètre soit en parallèle uniquement avec l’ampoule. On peut donc dire que ce n’est pas la bonne façon de connecter le voltmètre au circuit.

Regardons l’option C. En suivant à nouveau le flux de charge, nous voyons qu’il se divise à cette même jonction, certaines charges allant au voltmètre, et d’autres allant à l’ampoule, avant de rejoindre cette jonction ici. Ainsi, les charges vont vers le reste du circuit. Maintenant, nous voyons ici que le voltmètre est en parallèle avec l’ampoule. Une partie de la charge descend vers le voltmètre et le traverse, et une partie de la charge va dans l’ampoule. Le flux rejoint ici cette jonction, ce qui signifie que le voltmètre est uniquement en parallèle avec l’ampoule. Cela signifie que le schéma électrique C est un bon candidat pour que le voltmètre soit bien connecté au circuit.

Pour la réponse D, en suivant le chemin emprunté par le courant dans le circuit, nous voyons immédiatement qu’il se divise à cette jonction ici. Une partie des charges ira au voltmètre, le traverse, et revient à cette jonction ici, tandis que le reste des charge ira à l’ampoule et au buzzer, avant de rejoindre les autres charges. Il est donc clair que le voltmètre est en parallèle avec l’ampoule et le buzzer, même chose que pour la réponse B. Nous pouvons donc exclure la réponse D.

Enfin, nous pouvons regarder le schéma électrique E. Comme précédemment, nous pouvons suivre le chemin que le courant emprunte dans le circuit. Il se divise à cette jonction ici, avec une partie des charges passant par le voltmètre et vers cette jonction sur la gauche, ainsi que le reste des charges descendant vers l’ampoule puis traversant le buzzer, avant d’atteindre cette jonction. Nous pouvons voir que si une partie des charges passent dans le voltmètre, le reste passe à la fois par l’ampoule et le buzzer. Ainsi, le voltmètre est en parallèle avec l’ampoule et le buzzer. Ceci est identique aux schémas électriques D et B. Nous savons donc que c’est la mauvaise façon de connecter le voltmètre au circuit. Nous pouvons l’exclure.

De ce fait, nous identifions la réponse C comme un bon candidat pour que le voltmètre soit bien connecté au circuit. Nous avons exclu alors toutes les autres options. La réponse C nous montre comment le voltmètre doit être connecté au circuit pour mesurer la différence de potentiel uniquement aux bornes de l’ampoule.

Maintenant que nous avons examiné quelques exemples de questions, résumons ce dont nous avons parlé dans cette leçon. Dans cette vidéo, nous avons d’abord vu que les voltmètres sont utilisés pour mesurer la différence de potentiel aux bornes d’un composant dans un circuit. Nous avons également vu que dans un schéma de circuit, les voltmètres sont représentés par un cercle avec un V majuscule à l’intérieur. Puis nous avons compris que pour fonctionner correctement, les voltmètres doivent être connectés en parallèle avec le composant dont ils mesurent la différence de potentiel. Enfin, nous avons remarqué que les voltmètres peuvent souvent ressembler à d’autres appareils, tels qu’un ampèremètre. Mais ils peuvent facilement être identifiés par le V majuscule sur le devant. Ceci est un résumé des voltmètres.

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