Pièces et matériel
- Multimètre, numérique ou analogique
- Piles assorties
- Une diode électroluminescente (Radio Shack catalogue # 276-026 ou équivalent)
- Petit moteur « hobby », type aimant permanent (Radio Shack catalogue # 273-223 ou équivalent)
- Deux fils de liaison avec des extrémités « pince crocodile » (Radio Shack catalogue # 278-1156, 278-1157, ou équivalent)
Un multimètre est un instrument électrique capable de mesurer la tension, le courant et la résistance.
Les multimètres numériques ont des affichages numériques, comme les horloges numériques, pour indiquer la quantité de tension, de courant ou de résistance.
Les multimètres analogiques indiquent ces quantités au moyen d’une aiguille mobile sur une échelle imprimée.
Les multimètres analogiques ont tendance à être moins chers que les multimètres numériques, et plus bénéfiques comme outils d’apprentissage pour l’étudiant débutant en électricité.
Je recommande fortement d’acheter un multimètre analogique avant d’acheter un multimètre numérique, mais d’avoir éventuellement les deux dans votre trousse à outils pour ces expériences.
CROSS-REFERENCES
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapitre 1 : « Concepts de base de l’électricité »
Lessons In Electric Circuits, Volume 1, chapitre 8 : « Circuits de comptage en courant continu »
OBjectifs d’apprentissage
- Comment mesurer la tension
- Caractéristiques de la tension : existante entre deux points
- Sélection de l’étendue appropriée du compteur
ILLUSTRATION
INSTRUCTIONS
Dans toutes les expériences de ce livre, vous utiliserez une sorte d’équipement de test pour mesurer les aspects de l’électricité que vous ne pouvez pas directement voir, sentir, entendre, goûter ou sentir.
L’électricité – du moins en petites quantités sûres – est insensible à notre corps humain.
Vos « yeux » les plus fondamentaux dans le monde de l’électricité et de l’électronique seront un appareil appelé multimètre.
Les multimètres indiquent la présence et mesurent la quantité de propriétés électriques telles que la tension, le courant et la résistance.
Dans cette expérience, vous vous familiariserez avec la mesure de la tension.
La tension est la mesure de la « poussée » électrique prête à motiver les charges à se déplacer dans un conducteur.
En termes scientifiques, c’est l’énergie spécifique par unité de charge, mathématiquement définie comme joules par coulomb.
Elle est analogue à la pression dans un système fluide : la force qui déplace le fluide dans un tuyau, et est mesurée dans l’unité du Volt (V).
Votre multimètre devrait être livré avec quelques instructions de base.
Lisez-les bien ! Si votre multimètre est numérique, il aura besoin d’une petite pile pour fonctionner.
S’il est analogique, il n’a pas besoin de pile pour mesurer la tension.
Certains multimètres numériques sont à gamme automatique. Un compteur à gamme automatique n’a que quelques positions de sélecteur (cadran).
Les compteurs à gamme manuelle ont plusieurs positions de sélecteur différentes pour chaque quantité de base : plusieurs pour la tension, plusieurs pour le courant et plusieurs pour la résistance.
La gamme automatique ne se trouve généralement que sur les compteurs numériques les plus chers, et est à la gamme manuelle ce qu’une transmission automatique est à la transmission manuelle d’une voiture.
Un compteur à gamme automatique « change de vitesse » automatiquement pour trouver la meilleure plage de mesure pour afficher la quantité particulière mesurée.
Réglez le sélecteur de votre multimètre sur la position « volt continu » de plus grande valeur disponible.
Les multimètres à gamme automatique peuvent n’avoir qu’une seule position pour la tension continue, auquel cas vous devez régler le sélecteur sur cette seule position.
Touchez la sonde de test rouge sur le côté positif (+) d’une batterie, et la sonde de test noire sur le côté négatif (-) de la même batterie.
Le multimètre devrait maintenant vous fournir une sorte d’indication.
Inversez les connexions des sondes de test à la batterie si l’indication du compteur est négative (sur un compteur analogique, une valeur négative est indiquée par l’aiguille qui dévie vers la gauche au lieu de la droite).
Si votre compteur est de type à gamme manuelle et que le sélecteur a été réglé sur une position de gamme élevée, l’indication sera faible.
Mettez le sélecteur sur le réglage de la gamme de tension continue inférieure suivante et rebranchez-le à la batterie.
L’indication devrait être plus forte maintenant, comme indiqué par une plus grande déviation de l’aiguille du compteur analogique (aiguille), ou des chiffres plus actifs sur l’affichage numérique du compteur.
Pour de meilleurs résultats, déplacez le sélecteur sur le réglage de gamme le plus bas qui ne « sur-gamme » pas le compteur.
Un compteur analogique sur-gamme est dit « chevillé », car l’aiguille sera forcée jusqu’au côté droit de l’échelle, au-delà de la valeur de la pleine échelle.
Un compteur numérique sur-gamme affiche parfois les lettres « OL », ou une série de lignes pointillées. Cette indication est propre à chaque fabricant.
Que se passe-t-il si vous ne touchez qu’une sonde de test du compteur à une extrémité d’une batterie ?
Comment le compteur doit-il se connecter à la batterie pour fournir une indication ?
Que cela nous apprend-il sur l’utilisation du voltmètre et la nature de la tension ?
Est-ce qu’il existe une chose telle que la tension « en » un seul point ?
Soyez sûr de mesurer plus d’une taille de batterie, et apprenez à sélectionner la meilleure plage de tension sur le multimètre pour vous donner le maximum d’indication sans dépasser la plage.
Mettez maintenant votre multimètre sur la plage de tension continue la plus basse disponible, et touchez les sondes de test du multimètre aux bornes (fils conducteurs) de la diode électroluminescente (DEL).
Une DEL est conçue pour produire de la lumière lorsqu’elle est alimentée par une petite quantité d’électricité, mais il se trouve que les DEL génèrent également une tension continue lorsqu’elles sont exposées à la lumière, un peu comme une cellule solaire.
Pointez la DEL vers une source de lumière vive avec votre multimètre connecté à celle-ci, et notez l’indication du compteur :
Les batteries développent une tension électrique par des réactions chimiques. Lorsqu’une batterie « s’éteint », elle a épuisé sa réserve initiale de « combustible » chimique. »
La DEL, cependant, ne compte pas sur un « combustible » interne pour générer une tension ; elle convertit plutôt l’énergie optique en énergie électrique.
Tant qu’il y a de la lumière pour éclairer la DEL, elle produira une tension.
Une autre source de tension par conversion d’énergie est un générateur.
Le petit moteur électrique spécifié dans la liste « Pièces et matériaux » fonctionne comme un générateur électrique si son arbre est tourné par une force mécanique.
Connectez votre voltmètre (votre multimètre, réglé sur la fonction « volt ») aux bornes du moteur comme vous l’avez connecté aux bornes de la LED, et faites tourner l’arbre avec vos doigts.
Le compteur doit indiquer la tension par la déviation de l’aiguille (analogique) ou la lecture numérique (numérique).
Si vous trouvez difficile de maintenir les deux sondes de test du compteur en connexion avec les bornes du moteur tout en faisant tourner simultanément l’arbre avec vos doigts, vous pouvez utiliser des fils « cavaliers » à pince crocodile comme ceci :
Déterminer la relation entre la tension et la vitesse de l’arbre du générateur ? Inversez le sens de rotation du générateur et notez le changement d’indication du compteur.
Lorsque vous inversez la rotation de l’arbre, vous changez la polarité de la tension créée par le générateur.
Le voltmètre indique la polarité par le sens de l’aiguille (analogique) ou le signe de l’indication numérique (numérique).
Lorsque le fil d’essai rouge est positif (+) et le fil d’essai noir négatif (-), le voltmètre enregistre la tension dans le sens normal.
Si la tension appliquée est de polarité inverse (négative sur le rouge et positive sur le noir), le voltmètre indique « à l’envers ». »