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Lesson 3 of 4 28 min

Conducteurs, isolants et circuits complets

Comment les matériaux guident ou bloquent le courant, comment la résistance dépend de la longueur et de la section, et la différence entre circuit ouvert, fermé et court-circuit.

In this lesson
  • Classer des matériaux courants en conducteurs, isolants ou semi-conducteurs
  • Calculer la résistance d’un conducteur à partir de la résistivité, de la longueur et de la section
  • Distinguer circuit ouvert, circuit fermé et court-circuit et prévoir leurs effets

Un conducteur contient des porteurs de charge libres de se déplacer ; le cuivre et l’aluminium sont les choix habituels pour le câblage car ils allient faible résistivité et facilité de mise en œuvre mécanique. Un isolant retient fortement ses charges, ce qui explique son usage autour des conducteurs. Un semi-conducteur se situe entre les deux et sa conductivité peut être contrôlée, ce qui fonde le fonctionnement des diodes et des transistors.

Résistance d’un conducteur

Pour un conducteur uniforme à une température donnée, la résistance augmente avec la longueur et diminue lorsque la section augmente. La propriété du matériau qui les relie est la résistivité.

R = ρ × L ÷ A
R en ohms, résistivité ρ en ohms-mètres, longueur L en mètres et section A en mètres carrés.
Worked example

Résistance d’un fil de cuivre

Problem. Un conducteur en cuivre mesure 20 m de long avec une section de 1,5 mm². Prenez ρ = 1,72 × 10⁻⁸ Ω·m. Estimez sa résistance.

Solution. A = 1,5 mm² = 1,5 × 10⁻⁶ m². R = (1,72 × 10⁻⁸ × 20) ÷ (1,5 × 10⁻⁶) = 0,229 Ω, soit environ 0,23 Ω.

Circuits ouvert, fermé et court-circuit

Un circuit fermé présente un trajet continu depuis la source, à travers la charge utile, puis le retour. Un circuit ouvert interrompt ce trajet : le courant s’arrête. Un court-circuit offre un trajet de très faible résistance en contournant la charge prévue : le courant peut augmenter fortement et solliciter la source, le câblage ou le dispositif de protection.

  • Circuit fermé : le courant circule normalement dans la charge prévue.
  • Circuit ouvert : aucun courant ne circule ; la tension de source apparaît en entier aux bornes de la coupure.
  • Court-circuit : le courant contourne la charge et n’est limité que par la résistance de la source et du câblage.
  • Un court-circuit partiel ou une connexion à résistance élevée se comporte comme une résistance série supplémentaire et provoque chaleur et chute de tension.
Les couleurs de fils et les repères de bornes du réseau et du câblage automobile sont définis par des normes locales et varient selon les régions et les constructeurs. Vérifiez le schéma de l’installation réelle au lieu de supposer une signification de couleur.
Key points.
  • Le cuivre et l’aluminium sont des conducteurs courants ; l’isolant maintient le courant sur son trajet prévu.
  • La résistance d’un conducteur augmente avec la longueur et diminue avec la section.
  • Un circuit ouvert arrête le courant ; un court-circuit contourne la charge.
  • Une connexion à résistance élevée provoque chute de tension et échauffement local.
Practice

Worked example

Un conducteur en aluminium de 2,5 mm² a une résistivité supérieure à celle du cuivre : pour la même longueur et le même courant, il chute davantage de tension et dissipe plus de chaleur. C’est pourquoi matériau, longueur, section et courant doivent être étudiés ensemble lors de la conception d’un circuit.

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