Méthode Volt-Ampère Guide

PhysiqueIntermédiaireTemps de lecture: 3 min

Aperçu

La méthode Volt-Ampèremétrique est une méthode expérimentale standard pour mesurer la résistance à l'aide d'un voltmètre et d'un ampèremètre. Son idée centrale est de mesurer la tension aux bornes de la résistance testée et le courant la traversant, puis de calculer la valeur de la résistance en utilisant la loi d'Ohm $R = V/I$ . Pour réduire l'erreur expérimentale, plusieurs mesures sont généralement prises et moyennées.

Contexte

En 1827, le physicien allemand Georg Ohm a publié la célèbre loi d'Ohm

V = IR

après des expériences répétées, révélant la relation quantitative entre la tension, le courant et la résistance. Cette découverte a initialement été négligée jusqu'à ce que les travaux de Kirchhoff et d'autres confirment son universalité. La méthode Volt-Ampèremétrique est une méthode expérimentale standard pour calculer la résistance en mesurant la tension et le courant basée sur la loi d'Ohm. Cette méthode est simple et fiable, et reste la technique de mesure de résistance la plus couramment utilisée dans les laboratoires de physique et les tests industriels aujourd'hui.

Concepts clés

Résistance testée (Rx)

R_x

Une résistance avec une valeur de résistance inconnue. Dans cette simulation, sa valeur réelle est de $10.0\Omega$ , mais vous devez la déduire des données expérimentales.

Rhéostat

R_{rheostat}

Un composant utilisé pour modifier l'ampleur du courant dans le circuit et la tension aux bornes de la résistance testée. En l'ajustant, plusieurs ensembles de données expérimentales différentes peuvent être obtenus.

Moyenne de plusieurs mesures

\bar{R} = \frac{1}{n}\sum_{i=1}^{n}R_i

Une méthode courante dans les expériences pour réduire l'erreur. Les mesures uniques peuvent présenter des écarts de lecture ou systématiques ; la moyenne de plusieurs mesures donne un résultat plus proche de la valeur réelle.

Formules et dérivation

Principe de mesure

R = \frac{V}{I}

Calculez la résistance en utilisant la formule transformée de la loi d'Ohm.

Analyse d'erreur

\text{Erreur} = \frac{|R_{mesuré} - R_{réel}|}{R_{réel}} \times 100\%

Le pourcentage d'écart entre la valeur mesurée et la valeur réelle. Une erreur plus faible indique une expérience plus précise.

Étapes de l'expérience

1
Connecter le circuit et fermer l'interrupteur
Assurez-vous que le circuit est connecté correctement (voltmètre en parallèle, ampèremètre en série). Cliquez sur le bouton "Interrupteur" pour fermer le circuit. Conseil : Le rhéostat doit être réglé sur sa résistance maximale avant de commencer pour protéger le circuit.
2
Ajuster le rhéostat pour obtenir le premier ensemble de données
Déplacez le curseur du rhéostat. Observez les changements des lectures du voltmètre et de l'ampèremètre. Lorsque les lectures sont stables et dans une plage appropriée, cliquez sur "Enregistrer les données".
3
Échantillonnage multiple pour réduire l'erreur
Continuez à modifier la position du curseur pour obtenir 3 à 5 ensembles de données de tension et de courant. Observez et notez : Quel modèle de changement la tension et le courant présentent-ils ? Calculez la valeur de $V/I$ à chaque fois ; tendent-elles à être cohérentes ?
4
Analyse des données et calcul
Cliquez sur le bouton "Calculer le résultat" sous le tableau de données. Le système appliquera automatiquement $R = V/I$ pour calculer la valeur de la résistance pour chaque ensemble de données et déduire la résistance moyenne finale.
5
Évaluation des résultats
Comparez votre valeur moyenne mesurée avec la valeur réelle de la résistance ( $10.0\Omega$ ) et réfléchissez aux raisons de la légère erreur (comme l'arrondi de lecture, etc.).

Objectifs d'apprentissage

Maîtriser la connexion du schéma de circuit et les étapes expérimentales de la méthode Volt-Ampèremétrique pour mesurer la résistance
Apprendre à contrôler la tension et le courant dans le circuit à l'aide d'un rhéostat
Comprendre l'importance de la moyenne de plusieurs mesures pour réduire l'erreur expérimentale
Être capable d'appliquer la loi d'Ohm pour traiter les données expérimentales brutes et tirer des conclusions

Applications réelles

Contrôle qualité : Les usines électroniques mesurent si la résistance des composants répond aux spécifications standard
Recherche en laboratoire : Étude de la manière dont les facteurs externes comme la température et la lumière affectent la résistivité des matériaux
Diagnostic de pannes : Les ingénieurs localisent les courts-circuits ou les circuits ouverts en mesurant la valeur R de diverses parties d'un circuit

Idées reçues

Erreur

La résistance peut être déterminée avec un seul ensemble de données

Correct

Bien que théoriquement possible, des erreurs expérimentales existent dans la pratique. La moyenne de plusieurs mesures est une norme de base pour les expériences scientifiques et améliore considérablement la fiabilité des résultats.

Erreur

Le seul but du rhéostat est de protéger le circuit

Correct

Protéger le circuit est une fonction importante (limitation du courant), mais dans l'expérience Volt-Ampèremétrique, son rôle central est de modifier la tension aux bornes de Rx pour permettre plusieurs mesures.

Lectures complémentaires

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