CONDUCTEURS ÉLECTRIQUES: TYPES ET PRINCIPALES CARACTÉRISTIQUES - PHYSIQUE - 2025

Les conducteurs électriques ou matériaux conducteurs sont ceux qui ont peu de résistance à la circulation du courant électrique, compte tenu de ses propriétés spécifiques. La structure atomique des conducteurs électriques facilite le mouvement des électrons à travers eux, avec lesquels ce type d'élément favorise la transmission de l'électricité.

Les conducteurs peuvent se présenter sous diverses formes, l'une d'entre elles étant le matériau dans des conditions physiques spécifiques, telles que des barres métalliques (tiges) qui n'ont pas été conçues pour faire partie de circuits électriques. Bien qu'ils ne fassent pas partie d'un ensemble électrique, ces matériaux conservent toujours leurs propriétés conductrices.

Il existe également des conducteurs électriques unipolaires ou multipolaires, qui sont formellement utilisés comme éléments de connexion de circuits électriques dans des environnements résidentiels et industriels. Ce type de conducteur peut être formé à l'intérieur de fils de cuivre ou d'un autre type de matériau métallique, recouvert d'une surface isolante.

De plus, en fonction de la configuration du circuit, les conducteurs pour les applications résidentielles (fins) ou les câbles pour les prises souterraines dans les systèmes de distribution électrique (épais) peuvent être différenciés.

Pour les besoins de cet article, nous nous concentrerons sur les caractéristiques des matériaux conducteurs à l'état pur; De plus, nous saurons quels sont les matériaux conducteurs les plus utilisés aujourd'hui et pourquoi.

caractéristiques

Les conducteurs électriques se caractérisent par une faible résistance au passage du courant électrique à travers eux, ce qui n'est possible que grâce à leurs propriétés électriques et physiques, qui garantissent que la circulation de l'électricité à travers le conducteur n'induit pas de déformation ou de destruction. du matériel en question.

Caractéristiques électriques

Les principales caractéristiques électriques des conducteurs électriques sont les suivantes:

Bonne conductivité

Les conducteurs électriques doivent avoir une bonne conductivité électrique pour remplir leur fonction de transport d'énergie électrique.

La Commission électrotechnique internationale a déterminé au milieu de 1913 que la conductivité électrique du cuivre à l'état pur pouvait servir de référence pour mesurer et comparer la conductivité d'autres matériaux conducteurs.

Ainsi, la norme internationale de cuivre recuit (IACS pour son acronyme en anglais) a été établie.

La référence retenue était la conductivité d'un fil de cuivre recuit d'un mètre de longueur et d'un gramme de masse à 20 ° C, dont la valeur est égale à 5,80 x 10 ⁷ Sm ^-1. Cette valeur est connue sous le nom de conductivité électrique 100% IACS, et c'est la référence pour mesurer la conductivité des matériaux conducteurs.

Un matériau conducteur est considéré comme tel s'il a plus de 40% d'IACS. Les matériaux qui ont une conductivité supérieure à 100% IACS sont considérés comme des matériaux à conductivité élevée.

La structure atomique permet le passage du courant

La structure atomique permet le passage du courant électrique, car les atomes ont peu d'électrons dans leur coquille de valence et, à leur tour, ces électrons se détachent du noyau de l'atome.

La configuration décrite implique qu'une grande quantité d'énergie n'est pas nécessaire pour que les électrons se déplacent d'un atome à un autre, ce qui facilite le mouvement des électrons à travers le conducteur.

Ces types d'électrons sont appelés électrons libres. Leur disposition et leur liberté de mouvement dans toute la structure atomique sont ce qui rend la circulation de l'électricité à travers le conducteur propice.

Noyaux unis

La structure moléculaire des conducteurs est constituée d'un réseau de noyaux étroitement soudé, qui reste pratiquement immobile en raison de sa cohésion.

Cela rend le mouvement d'électrons éloignés dans la molécule propice, car ils se déplacent librement et réagissent à la proximité d'un champ électrique.

Cette réaction induit le mouvement des électrons dans une direction spécifique, permettant ainsi la circulation du courant électrique à travers le matériau conducteur.

Balance électrostatique

En étant soumis à une charge particulière, les matériaux conducteurs atteignent finalement un état d'équilibre électrostatique dans lequel le mouvement des charges à l'intérieur du matériau ne se produit pas.

Les charges positives s'agglomèrent à une extrémité du matériau et les charges négatives s'accumulent à l'extrémité opposée. Le déplacement des charges vers la surface du conducteur génère la présence de champs électriques égaux et opposés à l'intérieur du conducteur. Ainsi, le champ électrique interne total à l'intérieur du matériau est nul.

Caractéristiques physiques

Malléable

Les conducteurs électriques doivent être malléables; c'est-à-dire qu'ils doivent être capables de se déformer sans se casser.

Les matériaux conducteurs sont souvent utilisés dans des applications domestiques ou industrielles, dans lesquelles ils doivent être soumis à la flexion et à la flexion; par conséquent, la malléabilité est une caractéristique extrêmement importante.

Résistant

Ces matériaux doivent être résistants à l'usure, pour résister aux conditions de contraintes mécaniques auxquelles ils sont habituellement soumis, couplés à des températures élevées dues à la circulation du courant.

Couche isolante

Lorsqu'ils sont utilisés dans une application résidentielle ou industrielle ou dans le cadre du système d'alimentation électrique interconnecté, les conducteurs doivent toujours être recouverts d'une couche isolante appropriée.

Cette couche externe, également appelée gaine isolante, est nécessaire pour éviter que le courant électrique traversant le conducteur ne vienne en contact avec des personnes ou des objets qui l'entourent.

Types de conducteurs électriques

Il existe différentes catégories de conducteurs électriques et, à leur tour, dans chaque catégorie se trouvent les matériaux ou supports avec la conductivité électrique la plus élevée.

Par excellence, les meilleurs conducteurs électriques sont les métaux solides, parmi lesquels se distinguent le cuivre, l'or, l'argent, l'aluminium, le fer et certains alliages.

Cependant, il existe d'autres types de matériaux ou de solutions qui ont de bonnes propriétés de conduction électrique, comme le graphite ou les solutions salines.

En fonction de la manière dont la conduction électrique est réalisée, il est possible de différencier trois types de matériaux ou supports conducteurs, détaillés ci-dessous:

Conducteurs métalliques

Ce groupe est composé de métaux solides et de leurs alliages respectifs.

Les conducteurs métalliques doivent leur haute conductivité à des nuages ​​d'électrons libres qui favorisent la circulation du courant électrique à travers eux. Les métaux abandonnent les électrons situés dans la dernière orbite de leurs atomes sans investir de plus grandes quantités d'énergie, ce qui rend propice le saut d'électrons d'un atome à un autre.

D'autre part, les alliages se caractérisent par une résistivité élevée; c'est-à-dire qu'ils présentent une résistance proportionnelle à la longueur et au diamètre du conducteur.

Les alliages les plus couramment utilisés dans les installations électriques sont le laiton, un alliage cuivre-zinc; fer blanc, un alliage de fer et d'étain; alliages cuivre-nickel; et les alliages de chrome-nickel.

Conducteurs électrolytiques

Ce sont des solutions composées d'ions libres, qui aident à la conduction électrique de classe ionique.

Pour la plupart, ces types de conducteurs sont présents dans les solutions ioniques, car les substances électrolytiques doivent subir une dissociation partielle (ou totale) pour former les ions qui seront des porteurs de charge.

Les conducteurs électrolytiques basent leur fonctionnement sur des réactions chimiques et sur le déplacement de la matière, ce qui facilite le mouvement des électrons à travers le chemin de circulation permis par les ions libres.

Conducteurs gazeux

Dans cette catégorie sont les gaz qui ont été préalablement soumis à un processus d'ionisation, qui permet la conduction de l'électricité à travers eux.

L'air lui-même agit comme un conducteur d'électricité lorsque, lors d'un claquage diélectrique, il sert de milieu conducteur pour la formation de la foudre et des décharges électriques.

Exemples de conducteurs

Aluminium

Il est très utilisé dans les systèmes de transmission électrique aériens car, malgré une conductivité inférieure de 35% par rapport au cuivre recuit, son poids est trois fois plus léger que ce dernier.

Les prises haute tension sont généralement recouvertes d'une surface externe en polychlorure de vinyle (PVC), qui empêche le conducteur de surchauffer et isole le passage du courant électrique de l'extérieur.

Cuivre

C'est le métal le plus utilisé comme conducteur électrique dans les applications industrielles et résidentielles, compte tenu de l'équilibre qu'il présente entre sa conductivité et son prix.

Le cuivre peut être utilisé dans des conducteurs de calibre faible et moyen, avec un ou plusieurs fils, selon la capacité ampérométrique du conducteur.

Or

C'est un matériau utilisé dans les assemblages électroniques de microprocesseurs et de circuits intégrés. Il est également utilisé pour fabriquer des bornes de batterie pour véhicules, entre autres applications.

La conductivité de l'or est d'environ 20% inférieure à la conductivité de l'or recuit. Cependant, c'est un matériau très durable et résistant à la corrosion.

argent

Avec une conductivité de 6,30 x 10 ⁷ Sm ^-1 (9-10% plus élevée que la conductivité du cuivre recuit), c'est le métal ayant la conductivité électrique la plus élevée connue à ce jour.

C'est un matériau très malléable et ductile, avec une dureté comparable à celle de l'or ou du cuivre. Cependant, son coût est extrêmement élevé, de sorte que son utilisation n'est pas si courante dans l'industrie.

Références

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