Qu'est-ce que la conductivité ?

La résistance électrique

Dans les câbles électriques pourquoi trouve-t-on certains matériaux (du cuivre notamment) plutôt que d'autres ?

Certains matériaux comme le cuivre conduisent le courant bien mieux que d'autres. Quelle propriété explique ce phénomène ?

Comment connaître la valeur d'une résistance ? Pour connaître la valeur d'une résistance, il faut regarder les petites bagues de couleur qu'elle comporte. C'est grâce à elles que vous pourrez calculer sa valeur en ohms. Un tableau plus bas dans cet article vous y aidera.

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Qu'est-ce que la résistance électrique ?

La résistance désigne la capacité physique d'un matériau à s'opposer au passage d'un courant électrique sous une certaine tension. C'est de là que sont nés les composants électriques appelés les résistances.

Lorsqu'on insère différents matériaux (du graphite puis du cuivre, par exemple) dans un petit circuit électrique contenant une lampe, on constate que la lampe ne brille pas du même éclat. Le courant électrique est plus intense avec le cuivre qui est donc un meilleur conducteur. Cela signifie que le graphite s'oppose plus au passage du courant dans le circuit que le cuivre. On dit que ces deux matériaux ne possèdent pas la même résistance au passage du courant.

De manière générale, tous les conducteurs possèdent une propriété qui s'appelle la résistance électrique : celle-ci traduit la capacité de s'opposer plus ou moins au passage du courant. Ainsi, la résistance du cuivre étant plus faible que celle du graphite, c'est un meilleur conducteur.

Remarque : dans la vie courante, nous sommes souvent confrontés à d'autres types de résistance. Ainsi lorsqu'on nage contre le courant, la mer s'oppose à notre progression. Elle exerce une résistance à notre avancée.

On sait déjà mesurer l'intensité du courant et la tension électrique mais comment peut-on mesurer cette nouvelle grandeur : la résistance électrique ?

Comment peut-on mesurer une résistance ?

Une résistance est habituellement représentée par un rectangle et se note R, K ou M selon sa capacité. R représente les ohms, K les kiloohms et pour finir, M les Megohms selon le Système International.

Un code couleur est appliqué sur les résistances afin de connaître leur valeur. Voici un tableau qui regroupe touts les couleurs et la nomenclature des résistances :

 Premier anneau de gaucheDeuxième anneau de gaucheTroisième anneau de gaucheDernier anneau de gaucheAnneau de droite
CouleurPremier chiffreDeuxième chiffreTroisième chiffreMultiplicateurTolérance
Absent20 %
Argent10-210 %
Or10-15 %
Blanc999109
Gris8881080,05 %
Violet7771070,10 %
Bleu6661060,25 %
Vert5551050,5 %
Jaune444104
Orange333103
Marron111101 %
Rouge2221022 %
Noir000120 %

Les unités utilisées

Comment annoter ses résultats ? Savoir de quelle unité on parle est très important afin de se représenter les choses. Soyez toujours vigilants de bien donner des unités à vos résultats et ça encore plus en physique-chimie !

L’ensemble des unités associées aux dimensions fondamentales constitue le système international d’unités. Il s’agit du système MksA (mètre, kilogramme, seconde, Ampère), mais le Kelvin, le mole et le candela font aussi partie de ce système. Ces unités sont appelées unités légales. Elles sont universelles et connues de par le monde entier.

Il est important de savoir que toutes les autres dimensions se déduisent de ces sept dimensions fondamentales par produit ou division de ces dimensions.

Dans certains sujets d’exercices, les grandeurs ne sont pas exprimées dans le système international mais avec des grandeurs usuelles. Il est facile de les comprendre et elles sont parfois utilisées dans la vie de tous les jours, mais il est essentiel de toujours effectuer les calculs avec les grandeurs exprimées dans l’unité internationale pour éviter les erreurs.

Pour mesurer la résistance d'un conducteur, on utilise un ohmmètre. Il faut simplement placer cet appareil aux bornes du conducteur en dehors de tout circuit. Si on effectue un certain nombre de mesures, on constate que les matériaux présentent des résistances de valeurs extrêmement diverses.

Exemples :
Un morceau de cuivre a une résistance de l'ordre de quelques centièmes d'ohms tandis que la résistance d'une mine de crayon en graphite est de l'ordre de 10 ohms.
La résistance du corps humain sec a une valeur de l'ordre de 1 megaohm tandis que si nous sommes mouillés, la valeur est environ divisée par un facteur 2 (Ces valeurs diffèrent selon les personnes !).
Si on cherche à mesurer la résistance d'un isolant (comme le bois sec, la laine, le verre, etc.), l'ohmmètre ne peut donner aucune valeur, ce qui signifie que les isolants ont une résistance très grande.

Quelle est l'influence d'une résistance dans un circuit ?

Nous venons de voir que la résistance du cuivre était bien inférieure à celle du graphite (mine de crayon). On peut maintenant interpréter l'expérience de la façon suivante : la lumière brille plus avec le cuivre parce que la valeur de sa résistance est beaucoup plus faible. En généralisant, on obtient le résultat suivant : plus la résistance dans un circuit augmente, plus l'intensité du courant électrique dans ce circuit diminue.

Ce résultat a de nombreuses applications :
Dans des circuits électroniques, on utilise souvent des résistances pour limiter l'intensité du courant. Les bagues colorées dont elles sont cerclées indiquent, grâce à un code de couleurs, la valeur approximative de la résistance.
Pour faire varier le volume sonore des baladeurs, on fait varier la résistance du circuit qui alimente le haut-parleur.

Une résistance peut-être composée de divers matériaux selon qu'elle soit de faible ou haute puissance.

Par exemple, les résistances de moins de 2 W sont constituées de carbone et de céramique. Ce type de résistance a pour avantage de générer très peu de bruit thermique, ce qui en fait un élément de choix dans les circuits audio.

Les résistances faites pour supporter des puissances supérieures seront quand à elles fabriquées à l'aide d'un cylindre de céramique sur lequel sera enroulé un fil conducteur.

Pour finir, les résistances à très hautes puissance sont constituées de solution aqueuse contenant des ions cuivre et qui ralentissent grandement le passage du courant électrique.

Qu'y a-t-il régulièrement dans les circuits avec résistance ?

Les résistances sont habituellement inscrites au sein de circuits RC pour résistance et condensateur. Mais qu'est-ce qu'un condensateur ?

La définition d'un condensateur

Un condensateur est un composant en électronique qui a la capacité de stocker de l'énergie électrique. Il stocke cette électricité en fonction de la tension qu'il reçoit et ce de manière proportionnelle.

Les marques du condensateur

Où trouver des condensateurs ? Les condensateurs se trouvent généralement dans tous les circuits électriques ou électroniques dans lesquels entrent en fonction des résistances.

Selon sa capacité, un condensateur reçoit un marquage signifiant sa valeur.

La plupart du temps, le marquage respecte le schéma suivant XXY dans lequel la partie XX correspond à la valeur et Y à la puissance de 10 en picofarads de symbole pF.
Par exemple 122 correspondra à 12 x 102 pF.

Il peut aussi arrivé que l'on voit juste une valeur à deux chiffres. Il s'agit dans ce cas d'un marquage d'une valeur en microfarads de symbole µF.

Pour finir, quand les condensateurs sont assez gros et laissent la place pour une inscription complète, on retrouve la valeur ainsi que son unité directement marqués sur le condensateur en question.

La modélisation du condensateur

Pour modéliser un condensateur, il faut décrire certaines de ses caractéristiques à savoir la résistance, l'inductance, la valeur de la capacité et parfois l'effet de batterie ou encore l'hystérésis de charge du condensateur.

Les différentes formes de condensateurs

De nombreuses catégories de condensateurs existent en fonction de leurs utilisations. Les voici.

Les condensateurs polarisés

Les condensateurs que l'on appelle polarisés sont des condensateurs pour lesquels la polarité du courant électrique qui les traverse a une incidence. En effet, disposant d'une borne négative et une borne positive, ces condensateurs utilisent la technique dite électrolytique. Ces appareils demandent des précautions supplémentaires lors de leur utilisation. Pour cause, une erreur de sens de montage ou une inversion du sens du courant causera directement leur destruction qui peut avoir lieu de manière explosive et violente.

Les condensateurs électrolytiques

Ce type de condensateur est utilisé lorsque l'on recherche une grande capacité de stockage ainsi qu'une grande tolérance.
Lors de sa fabrication, les deux conducteurs ne sont pas isolés. C'est pourquoi ce type de condensateurs n'est pas parfait.

Sa structure est assez particulière : l'un de ses conducteur est métallique tandis que l'autre est en réalité une gelée conductrice dans laquelle est inséré un petit morceau de conducteur métallique. C'est lors de sa première utilisation et qu'une tension pénètre pour la première fois dans le condensateur qu'à lieu la réaction de l'électrolyse, d'où le nom de ce type de condensateur. Cette dernière crée alors une surface isolante à la surface du métal qui baignait dans la gelée. Cependant, cette technique a un inconvénient : la condensateur oppose une certaine résistance au courant à cause du fait que la gelée n'est pas aussi bonne conductrice d'énergie électrique que le métal.

Leur utilisation première est de filtrer les différents types de courants.

Comment fonctionne une radio ? Les radios sont les premiers appareils grand public à avoir embarqué des condensateurs. En effet, ceux-ci servent de filtre au signal radiophonique et empêchent la distorsion du son.

Les condensateurs non polarisés

Les condensateurs non polarisés sont en règle générale de petite valeurs de l'ordre du nanofarad ou microfarad. Ils sont pour la plupart en céramique et on les retrouve sur les petits circuits imprimés.

Les condensateurs au tantale

Les condensateurs au tantale se divisent en deux parties : les condensateurs au tantale à électrolyte solide et les condensateurs au tantale à électrolyte liquide.

Leur différence tient dans leurs composants : le condensateur au tantale à électrolyte solide est fabriqué avec une électrode en tantale et une électrode en dioxyde de manganèse. Pour le condensateur au tantale à électrolyte liquide, il y a toujours une électrode au tantale mais la seconde est un gel conducteur.

Les avantages de ces types de condensateurs sont une meilleure résistance, une résonance et une inductance amoindries. Le gel conducteur étant capable d'oxyder le tantale en cas de défaut dans l'électrode, cela confère au condensateur une capacité d'auto-cicatrisation, faisant de lui un appareil de qualité et résistance élevée.

Petit inconvénient notamment, le tantale est capable de s'enflammer si il est soumis à un trop fort courant, ce qui est un risque pour les personnes qui travaillent près de lui.

Les condensateurs synthétiques

Il existe des condensateurs fabriqués avec des matières synthétiques, principalement du plastique. A moindre coût, ils permette de découpler des signaux et de créer des filtres. En effet, ils sont utiles pour traiter des signaux très faibles car les matériaux synthétiques n'ont pas d'effet de batterie.

On utilise par exemple le polystyrène ou le polyéthylène pour la fabrication de condensateurs synthétiques.

Les super condensateurs

Les super condensateurs sont des condensateurs de niveau supérieur qui offrent énormément de puissance sur un laps de temps court. C'est le milieu parfait entre les condensateurs à électrolyse simples et les batteries.

Ils sont formés de cellules en série-parallèle qui permettent de délivrer de grandes quantités d'énergies de manière encore plus rapide qu'une batterie traditionnelle.

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Clément

Freelancer et pilote, j'espère atteindre la sagesse en partageant le savoir que j'ai acquis lors de mes voyages au volant de ma berline. Curieux scientifique, ma soif de découverte n'a d'égale que la durée de demie-vie du bismuth 209.

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