Conducteurs électriques: types et caractéristiques principales
Les conducteurs électriques ou les matériaux conducteurs sont ceux qui ont une faible résistance à la circulation du courant électrique, compte tenu de leurs propriétés spécifiques. La structure atomique des conducteurs électriques facilite le mouvement des électrons à travers eux, avec lesquels ce type d'éléments favorise la transmission de l'électricité.
Les conducteurs peuvent apparaître sous différentes formes, l’un d’eux étant le matériau dans des conditions physiques spécifiques, telles que des barres de métal (barres d’armature) qui n’ont pas été conçues pour comprendre des circuits électriques. Bien qu'ils ne fassent pas partie d'un assemblage électrique, ces matériaux conservent toujours leurs propriétés motrices.
Il existe également des conducteurs électriques unipolaires ou multipolaires, qui sont formellement utilisés comme éléments de connexion des circuits électriques dans les zones résidentielles et industrielles. Ce type de conducteur peut être formé à l'intérieur par des fils de cuivre ou un autre type de matériau métallique, recouvert d'une surface isolante.
De plus, en fonction de la configuration du circuit, les conducteurs peuvent être différenciés pour des applications résidentielles (fines) ou des câbles pour prises de courant souterraines dans des systèmes de distribution électrique (grossiers).
Pour les besoins de cet article, nous allons nous concentrer sur les caractéristiques des matériaux conducteurs à l'état pur; De plus, nous saurons quels sont les matériaux conducteurs les plus couramment utilisés et pourquoi.
Caractéristiques
Les conducteurs électriques se caractérisent par le fait qu’ils offrent peu de résistance au passage du courant électrique, ce qui n’est possible que grâce à leurs propriétés électriques et physiques, qui garantissent que la circulation de l’électricité par le conducteur n’induit ni déformation ni destruction. du matériau 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.
Au milieu de 1913, la Commission électrotechnique internationale décida que la conductivité électrique du cuivre pur pourrait servir de référence pour mesurer et comparer la conductivité d'autres matériaux conducteurs.
Ainsi, le Standard international du cuivre recuit ( IACS pour son acronyme en anglais) a été établi.
La référence adoptée était la conductivité d'un fil de cuivre recuit d'un mètre de long et d'un gramme de masse à 20 ° C, dont la valeur est égale à 5, 80 x 107 Sm-1. Cette valeur est appelée conductivité électrique IACS à 100% et constitue le point de référence pour mesurer la conductivité des matériaux conducteurs.
Un matériau conducteur est considéré comme tel s'il contient plus de 40% d'IACS. Les matériaux ayant une conductivité supérieure à 100% IACS sont considérés comme des matériaux à haute conductivité.
La structure atomique permet le passage du courant
La structure atomique permet le passage du courant électrique, car la couche de valence des atomes d'électrons est faible et ces électrons sont à leur tour détachés du noyau de l'atome.
La configuration décrite implique qu'il ne faut pas beaucoup d'énergie pour que les électrons se déplacent d'un atome à l'autre, ce qui facilite le mouvement des électrons à travers le conducteur.
Ce type d'électrons s'appelle des électrons libres. Sa disposition et sa liberté de mouvement le long de la structure atomique facilitent la circulation de l’électricité à travers le conducteur.
Cœurs unis
La structure moléculaire des conducteurs est constituée d'un réseau de noyaux très serrés, qui reste pratiquement immobile du fait de sa cohésion.
Cela rend le mouvement des électrons éloignés de 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 déterminée, ce qui entraîne la circulation du courant électrique traversant le matériau conducteur.
Balance électrostatique
Lorsqu'ils sont soumis à une charge particulière, les matériaux conducteurs atteignent finalement un état d'équilibre électrostatique dans lequel il n'y a pas de mouvement de charges à l'intérieur du matériau.
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 dans le matériau est nul.
Caractéristiques physiques
Malléable
Les conducteurs électriques doivent être malléables. c'est-à-dire qu'ils doivent pouvoir se déformer sans se rompre.
Les matériaux conducteurs sont généralement utilisés dans des applications domestiques ou industrielles, dans lesquelles ils doivent être soumis à des courbures; par conséquent, la malléabilité est une caractéristique extrêmement importante.
Résistant
Ces matériaux doivent résister à l'usure, aux conditions de contraintes mécaniques auxquelles ils sont habituellement soumis, ainsi qu'aux températures élevées dues à la circulation du courant.
Couche d'isolation
Lorsqu'ils sont utilisés dans une application résidentielle, industrielle ou dans le cadre d'un système d'alimentation interconnecté, les conducteurs doivent toujours être recouverts d'une couche isolante appropriée.
Cette couche externe, également appelée enveloppe isolante, est nécessaire pour empêcher le courant électrique circulant dans le conducteur d'entrer en contact avec des personnes ou des objets environnants.
Types de conducteurs électriques
Il existe différentes catégories de conducteurs électriques et, dans chaque catégorie, se trouvent les matériaux ou les supports présentant la conductivité électrique la plus élevée.
Par excellence, les meilleurs conducteurs électriques sont les métaux solides, parmi lesquels le cuivre, l'or, l'argent, l'aluminium, le fer et certains alliages.
Cependant, il existe d'autres types de matériaux ou de solutions présentant de bonnes propriétés de conduction électrique, tels que le graphite ou les solutions salines.
En fonction de la manière dont la conduction électrique est effectuée, il est possible de différencier trois types de matériaux ou de moyens conducteurs, qui sont détaillés ci-dessous:
Conducteurs métalliques
Ce groupe est composé de métaux solides et de leurs alliages respectifs.
Les conducteurs métalliques doivent leur haute conductivité aux nuages d'électrons libres qui favorisent la circulation du courant électrique à travers eux. Les métaux donnent les électrons situés dans la dernière orbite de leurs atomes sans investir de plus grandes quantités d'énergie, ce qui fait le saut d'électrons d'un atome à l'autre.
D'autre part, les alliages sont caractérisés par une haute résistivité; c'est-à-dire qu'ils ont 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 de cuivre et de zinc; Fer-blanc, un alliage de fer et d'étain; alliages de cuivre et de nickel; et les alliages de chrome et de nickel.
Conducteurs électrolytiques
Ce sont des solutions composées d'ions libres, qui aident 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 des dissociations partielles (ou totales) pour former les ions qui seront porteurs de charge.
Les conducteurs électrolytiques basent leur fonctionnement sur les réactions chimiques et le déplacement de la matière, ce qui facilite le mouvement des électrons à travers le chemin de circulation permis par les ions libres.
Conducteurs de gaz
Dans cette catégorie figurent les gaz précédemment soumis à un processus d'ionisation, ce qui permet la conduction de l'électricité à travers eux.
L'air lui-même sert de conducteur d'électricité lorsque, lors de la rupture diélectrique, il sert de support électriquement conducteur pour la formation de décharges électriques et de décharges électriques.
Exemples de chauffeurs
Aluminium
Il est très utilisé dans les systèmes de transmission électriques aériens car, malgré une conductivité inférieure de 35% à celle du cuivre recuit, son poids est trois fois plus léger que celui-ci.
Les sorties haute tension sont généralement recouvertes d'une surface externe en chlorure de polyvinyle (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 en tant que conducteur électrique dans les applications industrielles et résidentielles, compte tenu de l'équilibre entre sa conductivité et son prix.
Le cuivre peut être utilisé dans les conducteurs de faible et moyen calibre, à un ou plusieurs fils, en fonction de la capacité ampérométrique du conducteur.
D'or
C'est un matériau utilisé dans les assemblages électroniques de microprocesseurs et de circuits intégrés. Il est également utilisé pour fabriquer les bornes de batterie pour véhicules, entre autres applications.
La conductivité de l'or est environ 20% inférieure à la conductivité de l'or recuit. Cependant, c'est un matériau très résistant et résistant à la corrosion.
Argent
Avec une conductivité de 6, 30 x 107 Sm-1 (9 à 10% supérieure à la conductivité du cuivre recuit), il s'agit du métal ayant la conductivité électrique la plus élevée connue à ce jour.
C'est un matériau très malléable et ductile, d'une dureté comparable à celle de l'or ou du cuivre. Cependant, son coût est extrêmement élevé et son utilisation n’est donc pas très répandue dans l’industrie.
