Mesurer la FEM d'une pile avec un voltmètre : le piège du circuit ouvert
Oui, mais uniquement en conditions de circuit ouvert (courant nul). Un voltmètre mesure la tension aux bornes (\(V_T\)), qui équivaut à la FEM (\( \mathcal{E} \)) seulement quand le courant \(I = 0\).
Pourquoi c'est délicat
Les piles réelles ont une résistance interne (\(r\)). Quand le courant circule : \(V_T = \mathcal{E} - I r\). Tout courant prélevé par le voltmètre (ou circuit externe) cause une chute de tension aux bornes de \(r\), donc la lecture sous-estime la vraie FEM.
Comment mesurer correctement la FEM avec un voltmètre
- Circuit ouvert : Déconnecter toutes les charges. Mesurer directement aux bornes de la pile.
- Impédance d'entrée élevée : Utiliser un multimètre numérique avec \(R_{in} \geq 10 \text{ M}\Omega\) (typique). Courant prélevé : \(I = \mathcal{E} / (R_{in} + r) \approx \mu\text{A}\). Erreur = \(I \times r\) — généralement < 0,01 % pour piles en bon état.
- Attendre la stabilisation : Laisser la polarisation/redistribution de charge se stabiliser (secondes à minutes).
- Contrôle de température : La FEM dépend de la température (équation de Nernst). Noter la température de la pile.
Méthode plus précise : Potentiomètre (mesure nulle)
- Équilibre la FEM inconnue contre une chute de tension étalonnée sur un fil uniforme avec zéro courant traversant la pile au point nul.
- Élimine totalement l'erreur de résistance interne. Standard pour l'étalonnage de piles primaires.
Pièges courants
- Mesurer sous charge → lit \(V_T < \mathcal{E}\).
- Utiliser un analogique à faible impédance (20 kΩ/V) → erreur de charge significative.
- Confondre FEM et « tension sous charge » (tension aux bornes).
En résumé : Un multimètre numérique moderne en circuit ouvert donne une excellente approximation de la FEM pour la plupart des usages pratiques. Pour une précision métrologique, utiliser un potentiomètre ou un électromètre.