Principe de fonctionnement du galvanomètre simple

Pour être au courant
Principe de fonctionnement du galvanomètre simple
Un galvanomètre est un instrument qui sert essentiellement à mesurer l’intensité du courant électrique
et qui peut prendre diverses formes. Cependant, peu importe leur forme, tous les galvanomètres se
basent sur le principe qu’un courant électrique circulant dans un conducteur produit un champ
magnétique. Il est alors possible d’utiliser ce champ magnétique pour déplacer une aiguille aimantée.
Plus l’intensité du courant est élevée, plus l’intensité du champ magnétique le sera aussi. Ainsi, plus le
courant mesuré à l’aide du galvanomètre sera élevé, plus le déplacement de l’aiguille sera important.
Le galvanomètre qui sera construit au cours de cette activité est principalement constitué d’un
électroaimant et d’une aiguille aimantée, comme celle d’une boussole. L’aiguille aimantée s’alignera
au champ magnétique terrestre en l’absence d’autre champ. Elle indiquera alors le Nord magnétique. Il
est possible d’observer la présence du champ magnétique d’un solénoïde en plaçant une boussole à
proximité. L’aiguille de la boussole se place alors automatiquement parallèlement aux lignes de champ
magnétique lorsqu’il est suffisamment fort. C’est ce phénomène qui est utilisé dans un galvanomètre
simple.
Le champ magnétique d’un solénoïde et d’un électroaimant est semblable à celui d’un aimant droit.
Ainsi, à mi-chemin entre les deux pôles du solénoïde, les lignes de champ magnétique sont
pratiquement parallèles à l’électroaimant. Si nous plaçons l’électroaimant perpendiculairement à la
position naturelle de l’aiguille de la boussole, c’est-à-dire perpendiculairement au champ magnétique
terrestre, il sera possible de la faire dévier. Plus le champ magnétique autour de l’électroaimant sera
important, plus l’aiguille sera déviée de sa position normale (voir la figure 1).
Figure 1 Influence d’un champ magnétique externe sur l’aiguille d’une boussole
N
En l’absence d’un autre
champ magnétique que celui
de la Terre, l’aiguille pointe
vers le Nord.
N
En présence d’un faible
champ magnétique (en rouge)
perpendiculaire au champ
magnétique
terrestre,
l’aiguille
est
faiblement
déviée.
Principe de fonctionnement du galvanomètre simple
N
En présence d’un champ
magnétique aussi fort que le
champ magnétique terrestre,
l’aiguille est déviée de 45°.
N
En présence d’un champ
magnétique plus fort que le
champ magnétique terrestre,
l’aiguille
est
fortement
déviée.
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Pour être au courant
Si le champ magnétique du solénoïde est trop fort par rapport à celui de la Terre, l’aiguille ne subira
presque plus l’influence de ce dernier et subira une déviation de 90°. Le galvanomètre sera alors
inutilisable.
L’ampèremètre
Un tel galvanomètre est en fait un ampèremètre. Un galvanomètre idéal devrait avoir une résistance
interne nulle afin qu’il n’ait aucune influence sur le courant mesuré lorsqu’il est introduit dans un
circuit. Cependant, aucun instrument de mesure ne peut être idéal, il possède toujours une résistance
interne. Elle sera désignée par Ri. On peut donc schématiser un ampèremètre réaliste comme étant un
galvanomètre idéal de calibre IG-max, qui est le courant maximal qui peut être mesuré, en série avec une
résistance de valeur Ri.
Figure 2 Schéma d’un ampèremètre
Un ampèremètre se doit d’avoir une résistance interne la plus petite possible de manière à ne pas trop
influencer l’intensité du courant qui circule dans le circuit qu’on veut étudier. C’est pourquoi on doit
toujours le brancher en série dans un circuit. Si on le plaçait en parallèle avec une résistance de grande
valeur, la résistance équivalente de cette association serait pratiquement celle de l’ampèremètre.
L’intensité du courant circulant dans le circuit deviendrait très grande, ce qui pourrait faire griller
l’ampèremètre.
Par exemple, considérons une résistance de 10 kΩ dans laquelle circule un courant de 1 mA. La
différence de potentiel à ses bornes est donc de 10 V. Si l’on place un ampèremètre dont la résistance
interne est de 0,1 Ω en parallèle avec la résistance, la résistance équivalente du circuit devient environ
0,1 Ω. Le courant circulant dans le circuit augmente alors à 100 A. La puissance qui devra être dissipée
par le circuit serait de 1000 W!
© Chaire CRSNG/Alcan pour les femmes en sciences et génie au Québec
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