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Laquelle des figures suivantes montre le mieux les divisions de l’échelle d’un ampèremètre à fil chaud correspondant à des variations égales du courant ?
En regardant chacune de ces figures, nous voyons qu’il y a quatre lignes appelées : zéro, 𝐼 un, 𝐼 deux, 𝐼 trois et 𝐼 max. La distance entre ces lignes indique une gamme particulière de courant. Et la question nous dit que les divisions de ces échelles indiquent des changements égaux de courant, ce qui signifie que le changement de courant de zéro à 𝐼 un devrait être le même que le changement de courant de 𝐼 un à 𝐼 deux.
Donc, au début, (B) semble être la réponse évidente, car des divisions égales devraient montrer une variation égale du courant, non ? Eh bien, pour certains ampèremètres, cela peut être vrai, mais pas pour un ampèremètre à fil chaud. En effet, les ampèremètres à fil chaud ont un fil chaud, un fil qui devient chaud. Et quand il devient chaud, il se dilate, entraînant le mouvement d’une poulie avec l’aiguille du cadran. Dans la plupart des cas, cette expansion du fil correspond linéairement à la déviation de l’aiguille sur la poulie. Cela signifie que l’expansion provoquée, et donc la déviation, par le premier changement de 10 degrés devrait ressembler au deuxième changement de 10 degrés.
Donc, cela semble toujours linéaire. Quel est le problème avec la réponse (B)? Eh bien, cela a à voir avec la façon dont la chaleur dans le fil est générée. Elle vient du courant. La chaleur d’un fil chaud, que nous appellerons 𝑄, est proportionnelle au carré du courant. Et parce que nous sommes préoccupés par le courant et que nous ne mesurons pas la température, l’échelle sera en fait non linéaire.
En regardant quelques exemples, si nous devions passer d’une intensité de zéro ampère, aucun courant, à un ampère, cela pourrait correspondre à une augmentation de 10 degrés. Mais si nous passions de zéro à deux ampères, en doublant le courant, nous devrions nous attendre à un quadruplement de la chaleur, car deux au carré font quatre, alors qu’un au carré n’est que un. De même, trois ampères montreraient une multiplication par neuf et ainsi de suite.
Pour rappel, ces chiffres ne sont pas destinés à correspondre à des ampèremètres à fil chaud réels. Ils sont juste pour cet exemple. Mais les proportions sont correctes. Pour un ampèremètre à fil chaud, si nous envisageons des variations égales du courant, nous devrions envisager une augmentation exponentielle des divisions entre ces courants.
La réponse (A) correspond à une diminution exponentielle de la relation entre la chaleur et le courant. La réponse (B) correspond à une relation linéaire, ce qui signifie que la réponse (C) est le diagramme qui montre le mieux les divisions de l’échelle d’un ampèremètre à fil chaud correspondant à des variations égales du courant.
