Comment les principes de fonctionnement d'un voltmètre et d'un électromètre diffèrent-ils?
Voltmètre et électroscope, bien que tous deux soient des instruments utilisés pour mesurer les grandeurs électriques, présentent des différences significatives dans leurs principes de fonctionnement et leurs utilisations.
Le principe de fonctionnement du voltmètre
Le voltmètre est principalement utilisé pour mesurer la différence de potentiel (tension) entre deux points d'un circuit. Son principe de fonctionnement est basé sur l'induction électromagnétique et l'effet du courant. Les voltmètres courants comprennent le voltmètre magnétoélectrique et le voltmètre numérique.
Voltmètre magnétoélectrique : Ce type de voltmètre mesure indirectement la tension en mesurant le courant. Lorsque le courant passe par la bobine du voltmètre, il génère un couple dans le champ magnétique, provoquant le déplacement de l'aiguille. L'angle de déflexion est directement proportionnel au courant, et puisque le courant est également directement proportionnel à la tension, l'angle de déflexion de l'aiguille reflète l'amplitude de la tension.
Voltmètre numérique : Ce type de voltmètre mesure la tension en convertissant les signaux analogiques en signaux numériques. Des convertisseurs analogique-numérique (CAN) sont couramment utilisés pour convertir les signaux de tension en forme numérique, qui sont ensuite affichés sur un écran.
Le principe de fonctionnement de l'électroscope
Un électromètre (également connu sous le nom de mètre de différence de potentiel ou d'électroscope à aiguille) est un instrument utilisé pour mesurer la différence de potentiel, mais il fonctionne différemment d'un voltmètre. Le principe de fonctionnement de l'électromètre est basé sur l'induction électrostatique et l'interaction des charges.
Induction électrostatique : La boule métallique et la tige métallique de l'électroscope forment un condensateur. Lorsqu'un objet chargé est approché de l'électroscope, des charges sont induites sur la boule métallique et la tige, provoquant le déplacement de l'aiguille.
Interaction des charges : La déflexion de l'aiguille dans l'électroscope est due à la répulsion mutuelle des charges de même signe. Lorsqu'un objet chargé est approché, la charge induite provoque la déflexion de l'aiguille, et l'angle de déflexion est directement proportionnel à la différence de potentiel.
Principales différences
Méthode de mesure :
Le voltmètre mesure indirectement la tension en mesurant le courant.
L'électromètre mesure la différence de potentiel directement par induction électrostatique et interaction des charges.
Structure et conception :
Les voltmètres comprennent généralement une bobine et un champ magnétique, générant un couple par le passage du courant.
L'électroscope, quant à lui, se compose d'une boule métallique et d'une tige métallique, qui génèrent des charges par induction électrostatique, provoquant la déflexion de l'aiguille.
Scénarios d'application :
Les voltmètres sont adaptés à la mesure des tensions dans les circuits, en particulier dans les circuits dynamiques.
Les électromètres sont adaptés à la mesure des champs électriques statiques et sont souvent utilisés pour démontrer les phénomènes électrostatiques et mesurer les différences de potentiel.
En résumé, il existe des différences significatives entre les principes de fonctionnement, les conceptions structurelles et les scénarios d'application des voltmètres et des électroscopes. Les voltmètres mesurent la tension en mesurant le courant, tandis que les électroscopes mesurent la différence de potentiel par induction électrostatique et interaction des charges.
