Est1-5 - Électromètre à plateaux d’Abraham et Lemoine
Fonction
Mesure absolue (c’est-à-dire rapportée à des mesures de longueurs, masses et temps) d’une différence de potentiel (ou d’une charge).
Description
Principe
La force f qui s’exerce entre les deux armatures d’un condensateur plan de capacité C auxquels on applique une différence de potentiel V et que sépare une distance x a pour expression :
Avec :
S étant l’aire de la surface commune aux deux armatures (région de champ uniforme à l’intérieur d’un anneau de garde). On équilibre la force f à l’aide du poids m g d’une masse marquée m placée sur le plateau d’une balance.
La condition d’équilibre peut s’écrire :
Le terme entre parenthèses contient des facteurs connus dont la mesure absolue est faite une fois pour toutes : c’est une constante d’appareil ; en fait, l’intensité g de la pesanteur varie avec le lieu mais pratiquement pas avec le temps et on sait en faire une mesure absolue. Finalement, la différence de potentiel V se déduira de deux mesures : m et x.
Réalisation
L’armature (ou plateau) A est suspendue à l’extrémité du fléau d’une balance ; pour simplifier, on a représenté sur la figure une simple balance mais il s’agit en réalité d’une balance Roberval qui évite les oscillations. L’armature supérieure A est entourée d’un anneau de garde G. Pour d’évidentes raisons de sécurité A, G, la balance et l’opérateur sont au potentiel zéro (la « terre »).
C’est l’armature inférieure B qui sera portée au potentiel V ; elle doit donc être supportée par une tige isolante T munie d’une crémaillère C, dont le mouvement vertical permettant de faire varier x est assuré par la rotation d’un bouton D.
Mesures
L’équilibre f = m g étant instable, l’appareil est construit de telle sorte que le fléau de la balance ne peut se déplacer qu’entre deux butées rapprochées b et b’. On procède ainsi : l’armature B étant assez basse (x grand, f faible), on place une masse marquée m sur le plateau de droite de la balance, m g étant supérieur à f ; le fléau vient alors reposer sur la butée inférieure b’. On relève alors lentement l’armature B (x décroît, f croît) et, pour la valeur x cherchée qui correspond à l’équilibre instable et qu’on lira sur une échelle graduée, le fléau quitte la butée b’ et vient reposer sur la butée b. Le potentiel V est calculé avec ces valeurs m et x. Puis, ayant une première valeur de V, un calcul d’erreurs permet de choisir une valeur de m mieux adaptée, c’est-à-dire qui permet d’obtenir une valeur plus précise de V.
