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Tension et intensité : mesurer au voltmètre et à l’ampèremètre
La tension en volts, aux bornes d’un dipôle, et l’intensité en ampères du courant qui traverse un fil ; multiples et ordres de grandeur ; circuit ouvert ; brancher un voltmètre en dérivation et un ampèremètre en série ; calibre, lecture de l’écran et erreurs de branchement
À propos de cette page
Tension et intensité : deux grandeurs à ne pas confondre
En 6e et en 5e, tu as vu qu’une pile fournit l’énergie électrique d’un circuit, que le courant va de sa borne + vers sa borne − à l’extérieur de la pile, qu’un court-circuit rend le courant très intense, et que la prise de la maison (230 V) est dangereuse, contrairement aux piles de la classe. En 4e, on donne un nom et une unité à ce que l’on mesure : la tension et l’intensité.
• L’intensité du courant électrique, notée I, indique l’importance du courant qui traverse un fil ou un dipôle, en un point du circuit : c’est un débit de charges électriques. Son unité est l’ampère (A).
• Une pile a une tension à ses bornes même quand le circuit est ouvert ; l’intensité, elle, est alors nulle partout.
• Multiples : 1 kV = 1 000 V ; 1 V = 1 000 mV ; 1 A = 1 000 mA (« kilo » veut dire mille, « milli » un millième).
Des ordres de grandeur
| Tension aux bornes de… | Valeur |
|---|---|
| Pile bâton (AA) | 1,5 V |
| Pile plate | 4,5 V |
| Port USB | 5 V |
| Pile rectangulaire | 9 V |
| Batterie de voiture | 12 V |
| Prise de courant (secteur) | 230 V |
| Ligne à très haute tension | 400 000 V = 400 kV |
| Intensité du courant qui traverse… | Valeur |
|---|---|
| une DEL allumée | environ 20 mA |
| une bouilloire en marche (2 200 W) | près de 10 A |
| le circuit des prises : son disjoncteur coupe au-delà de | 16 A ou 20 A |
| un éclair d’orage | plusieurs dizaines de milliers d’ampères |
Circuit ouvert, circuit fermé
Dans une boucle unique formée d’une pile, d’un interrupteur K et de récepteurs :
| K ouvert | K fermé | |
|---|---|---|
| Intensité du courant | 0 A partout | non nulle |
| Tension aux bornes de la pile | environ sa valeur (4,5 V pour une pile plate) | environ sa valeur |
| Tension aux bornes d’un récepteur | 0 V | non nulle : il fonctionne |
| Tension aux bornes de K | la tension de la pile | 0 V : K fermé se comporte comme un fil |
| Tension aux bornes d’un fil de connexion | 0 V | 0 V |
Ce qui est dangereux pour le corps
Le corps humain est conducteur (5e). Ce qui le blesse, c’est le courant qui le traverse : à partir d’environ 30 mA, il peut bloquer les muscles de la respiration et dérégler le cœur. Ce courant est d’autant plus intense que la tension est grande et que la peau est mouillée : avec les piles de la classe (quelques volts), il reste minuscule ; avec le secteur (230 V), il peut dépasser ce seuil. C’est pour cela que les interrupteurs différentiels du tableau électrique coupent le courant dès qu’une fuite de 30 mA apparaît.
Lire une indication. Sur le culot d’une petite lampe de TP, on lit « 6 V – 0,1 A » : 6 V est la tension à appliquer à ses bornes (en volts), 0,1 A l’intensité du courant qui la traverse alors (en ampères).
Convertir. 0,45 A = 0,45 × 1 000 = 450 mA ; 2 300 mV = 2 300 ÷ 1 000 = 2,3 V ; 225 kV = 225 × 1 000 = 225 000 V.
Circuit ouvert. Un petit aspirateur de clavier à pile de 4,5 V est arrêté, son bouton relâché : I = 0 A ; la tension aux bornes du moteur vaut 0 V ; entre les deux contacts du bouton, elle vaut 4,5 V.
Réflexe — entre deux points ? C’est une tension, en volts. Le courant qui passe dans un fil ? C’est une intensité, en ampères.
Attention — « pas de courant » ne veut pas dire « pas de tension » : circuit ouvert, l’intensité est nulle, mais la pile a toujours sa tension. On ne dit jamais « la tension qui traverse » ni « l’intensité aux bornes ».
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Brancher un voltmètre et un ampèremètre
Au collège, on mesure avec un multimètre : selon la position de son sélecteur et les bornes utilisées, il sert de voltmètre ou d’ampèremètre. Sur un schéma, le voltmètre est un cercle contenant la lettre V, l’ampèremètre un cercle contenant la lettre A.
• L’ampèremètre mesure une intensité. Il se branche en série : on ouvre le circuit à l’endroit voulu et on y insère l’appareil, pour que le courant le traverse. Le courant entre par la borne mA ou 10 A (selon le calibre) et ressort par COM.
• Par habitude, le fil noir se branche toujours sur la borne COM, le fil rouge sur l’autre borne utilisée (V, mA ou 10 A).
• Le voltmètre ne laisse passer presque aucun courant ; l’ampèremètre se laisse traverser comme un simple fil. Bien branchés, ils ne changent presque rien au circuit.
• Dans une boucle unique, on peut insérer l’ampèremètre n’importe où : l’intensité y est la même partout. Dans un circuit à plusieurs branches, on le place dans la branche du dipôle étudié.
Dans un circuit à plusieurs branches
Les branches partent d’un nœud, un point où se rejoignent au moins trois fils (voir le chapitre sur les circuits en dérivation). Chaque branche a son propre courant : pour mesurer l’intensité du courant qui traverse un dipôle, on insère l’ampèremètre dans sa branche.
Les erreurs de branchement
| Erreur | Ce qui se passe |
|---|---|
| Ampèremètre en dérivation, aux bornes d’un récepteur | Il le court-circuite : le récepteur s’arrête, les autres fonctionnent plus fort ; le courant qui traverse l’appareil peut faire griller son fusible. |
| Ampèremètre aux bornes de la pile | Court-circuit de la pile : courant très intense, la pile chauffe, le fusible de l’appareil grille. Danger. |
| Voltmètre en série, dans la boucle | Il bloque presque tout le courant : les récepteurs s’arrêtent ; il affiche presque la tension de la pile. Sans danger, mais la mesure est inutile. |
| Fils inversés (COM du côté de la borne +) | Un signe « − » apparaît devant la valeur : la mesure reste juste. |
Je prévois, je teste, j’observe, je conclus. Je prévois : « un voltmètre bien branché ne change pas l’éclat d’une lampe ». Je teste : je branche le voltmètre aux bornes de la lampe, puis je le débranche. J’observe : la lampe brille pareil. Je conclus : le voltmètre en dérivation ne perturbe pas le circuit.
Tension aux bornes d’un moteur. Une pile, un interrupteur et un moteur qui tourne. Sans rien débrancher, je relie la borne COM du voltmètre à la borne du moteur reliée au côté − de la pile, et sa borne V à l’autre borne du moteur.
Intensité dans une boucle. Je débranche le fil qui relie la pile à l’interrupteur ; je relie la borne + de la pile à la borne mA de l’ampèremètre, puis sa borne COM à l’interrupteur : le courant traverse l’appareil.
Réflexe — pour une tension, je n’ouvre rien : les deux fils de l’appareil vont sur les deux bornes du dipôle. Pour une intensité, j’ouvre le circuit et je fais passer le courant dans l’appareil.
Attention — un ampèremètre ne se branche jamais aux bornes d’un dipôle ni de la pile : il se comporte comme un fil, c’est un court-circuit.
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Lire une mesure : calibre, écran et unité
Le sélecteur du multimètre choisit la grandeur et le calibre : zone DCV pour une tension, zone DCA pour une intensité (DC veut dire « courant continu », celui des piles).
• Si l’on ne connaît pas l’ordre de grandeur, on commence par le plus grand calibre, puis on descend. Pour une intensité, le calibre 10 A a sa propre borne : en descendant de calibre, on remet le fil sur la borne mA.
• L’écran donne la valeur dans l’unité du calibre : sur le calibre 200 mA, « 37.2 » signifie 37,2 mA. Le point de l’écran est la virgule ; beaucoup d’appareils n’écrivent pas le zéro devant : « .870 » se lit 0,870.
• « 1 » seul à gauche de l’écran (« OL » sur certains appareils) : dépassement, la valeur dépasse le calibre ; on passe aussitôt au calibre supérieur. Un signe « − » devant la valeur : les fils sont inversés ; la valeur est juste, au signe près.
La même intensité lue sur trois calibres
| Calibre | Écran | Lecture |
|---|---|---|
| 10 A | .04 | 0,04 A : peu de chiffres, peu précis |
| 200 mA | 37.2 | 37,2 mA = 0,0372 A : le bon calibre |
| 20 mA | 1 | dépassement : 37,2 mA dépasse 20 mA |
Choisir. Tension attendue d’environ 9 V, calibres 2 V, 20 V et 200 V : je prends 20 V (2 V serait dépassé, 200 V donnerait moins de chiffres).
Lire et convertir. Calibre 2 V, écran « .915 » : U = 0,915 V = 915 mV.
Signe moins. Calibre 20 V, écran « -3.20 » : les fils sont inversés, U = 3,20 V.
Réflexe — je lis l’unité sur le calibre, puis je recopie l’écran en remplaçant le point par une virgule.
Attention — un calibre trop petit donne un dépassement (et, pour une intensité, peut faire griller le fusible de l’appareil) ; un calibre trop grand donne une valeur pauvre en chiffres. Et on ne mesure jamais la prise de courant de la maison en classe.
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Pour aller plus loin
La loi d’Ohm. Pour un résistor, la tension à ses bornes est proportionnelle à l’intensité du courant qui le traverse : U = R × I, la résistance R s’exprimant en ohms (Ω). Les mesures de ce chapitre servent à l’établir : voir « Résistance : la loi d’Ohm ».
Les lois des circuits. En série, l’intensité est la même partout et les tensions s’ajoutent ; en dérivation, la tension est la même aux bornes de chaque branche et les intensités s’ajoutent : voir « Circuits électriques : série, dérivation et lois ».
La puissance. En 3e, la tension et l’intensité servent à calculer la puissance d’un appareil : voir « Puissance électrique : P = U × I ». Revoir la 5e : « Électricité : conducteurs, isolants et sécurité ».
- Tension U en volts (V) : entre deux points, aux bornes d’un dipôle. Intensité I en ampères (A) : le courant qui traverse un fil ou un dipôle.
- 1 kV = 1 000 V ; 1 V = 1 000 mV ; 1 A = 1 000 mA. Repères : piles de 1,5 V à 9 V, prise 230 V ; DEL environ 20 mA, bouilloire près de 10 A ; danger pour le corps dès 30 mA environ.
- Circuit ouvert : I = 0 A partout ; la pile garde sa tension, l’interrupteur ouvert a la tension de la pile à ses bornes, un fil 0 V.
- Voltmètre en dérivation (bornes V et COM), sans ouvrir le circuit ; ampèremètre en série (bornes mA ou 10 A, et COM), en ouvrant le circuit. Un ampèremètre aux bornes d’un dipôle le court-circuite.
- Calibre : le plus petit au-dessus de la valeur attendue (le plus grand si on ne la connaît pas) ; l’écran est dans l’unité du calibre ; « 1 » = dépassement, « − » = fils inversés.
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre la tension et l’intensité ?
La tension U, en volts (V), existe entre deux points d’un circuit : on la mesure aux bornes d’un dipôle avec un voltmètre branché en dérivation. L’intensité I, en ampères (A), caractérise le courant qui traverse un fil ou un dipôle : on la mesure avec un ampèremètre branché en série. On dit « la tension aux bornes de la lampe » et « l’intensité du courant qui traverse la lampe ».
Y a-t-il une tension quand le circuit est ouvert ?
Oui. Une pile garde sa tension à ses bornes même quand aucun courant ne circule, et la tension aux bornes de l’interrupteur ouvert est égale à celle de la pile. En revanche, l’intensité est nulle partout, et la tension aux bornes d’une lampe ou d’un fil est nulle.
Comment brancher un voltmètre ?
En dérivation : sans ouvrir le circuit, on relie ses deux bornes, V et COM, aux deux bornes du dipôle, la borne COM du côté de la borne − de la pile pour lire une valeur positive. Le voltmètre ne laisse passer presque aucun courant : le circuit fonctionne comme sans lui.
Comment brancher un ampèremètre ?
En série : on ouvre le circuit à l’endroit voulu et on y insère l’appareil, pour que le courant le traverse en entrant par la borne mA (ou 10 A) et en sortant par COM. Jamais aux bornes d’un dipôle ou de la pile : il se comporte comme un fil et provoquerait un court-circuit.
Comment choisir le calibre d’un multimètre ?
Le calibre est la plus grande valeur mesurable. On choisit le plus petit calibre supérieur à la valeur attendue ; si on ne la connaît pas, on commence par le plus grand (10 A pour une intensité) et on descend. L’écran donne la valeur dans l’unité du calibre ; « 1 » seul à gauche signale un dépassement, un signe « − » des fils inversés.
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