Taille du conducteur

Il devrait être de bon sens que les liquides s'écoulent plus facilement dans des tuyaux de grand diamètre que dans des tuyaux de petit diamètre (si vous souhaitez une illustration pratique, essayez de boire un liquide avec des pailles de différents diamètres). Le même principe général s'applique au flux d'électrons à travers les conducteurs :plus la section transversale (épaisseur) du conducteur est large, plus les électrons ont de la place pour circuler et, par conséquent, plus il est facile pour le flux de se produire (moins de résistance) .

Deux variétés de base de fil électrique :solide et toronné

Le fil électrique a généralement une section transversale ronde (bien qu'il existe quelques exceptions uniques à cette règle) et se décline en deux variétés de base :solide et toronné . Fil de cuivre massif est exactement ce qu'il paraît :un seul brin de cuivre solide sur toute la longueur du fil. Fil torsadé est composé de plus petits brins de fil de cuivre massif torsadés ensemble pour former un seul conducteur plus gros. Le plus grand avantage du fil torsadé est sa flexibilité mécanique, étant capable de résister à la flexion et à la torsion répétées bien mieux que le cuivre massif (qui a tendance à se fatiguer et à se casser avec le temps).

La taille du fil peut être mesurée de plusieurs manières. On pourrait parler du diamètre d'un fil, mais puisque c'est vraiment la surface de la section transversale qui compte le plus en ce qui concerne le flux d'électrons, nous ferions mieux de désigner la taille du fil en termes de surface.

L'image de la section transversale du fil ci-dessus n'est bien sûr pas dessinée à l'échelle. Le diamètre est indiqué comme étant de 0,1019 pouces. Calcul de l'aire de la section transversale avec la formule Aire =πr₂ , nous obtenons une superficie de 0,008155 pouces carrés :

Ce sont des nombres assez petits avec lesquels travailler, donc les tailles de fil sont souvent exprimées en millièmes de pouce, ou mils . Pour l'exemple illustré, nous dirions que le diamètre du fil était de 101,9 mils (0,1019 pouce fois 1000). Nous pourrions également, si nous le voulions, exprimer l'aire du fil dans l'unité de mils carrés, en calculant cette valeur avec la même formule cercle-aire, Aire =r₂ :

Calcul de la surface en mil circulaire d'un fil

Cependant, les électriciens et autres personnes fréquemment concernées par la taille des fils utilisent une autre unité de mesure de surface spécialement conçue pour la section transversale circulaire du fil. Cette unité spéciale s'appelle le mil circulaire (parfois abrégé cmil ). Le seul but d'avoir cette unité de mesure spéciale est d'éliminer le besoin d'invoquer le facteur π (3,1415927 . . .) dans la formule de calcul de l'aire, plus le besoin de calculer le rayon du fil quand on vous a donné diamètre . La formule pour calculer l'aire circulaire-mil d'un fil circulaire est très simple :

Parce qu'il s'agit d'une unité de surface mesure, la puissance mathématique de 2 est toujours en vigueur (doubler la largeur d'un cercle sera toujours quadrupler son aire, quelles que soient les unités utilisées, ou si la largeur de ce cercle est exprimée en termes de rayon ou de diamètre). Pour illustrer la différence entre les mesures en mils carrés et les mesures en mils circulaires, je vais comparer un cercle avec un carré, montrant l'aire de chaque forme dans les deux unités de mesure :

Et pour une autre taille de fil :

De toute évidence, le cercle d'un diamètre donné a une section transversale inférieure à un carré de largeur et de hauteur égale au diamètre du cercle :les deux unités de mesure de surface reflètent cela. Cependant, il devrait être clair que l'unité de « mil carré » est vraiment adaptée pour la détermination pratique de l'aire d'un carré, tandis que « mil circulaire » est adaptée pour la détermination pratique de l'aire d'un cercle :la formule respective pour chacun est plus simple à travailler avec. Il faut comprendre que les deux unités sont valables pour mesurer l'aire d'une forme, quelle qu'elle soit. La conversion entre mils circulaires et mils carrés est un rapport simple :il y a π (3,1415927 . . .) mils carrés pour tous les 4 mils circulaires.

Mesure de la section transversale du fil avec une jauge

Une autre mesure de la section transversale du fil est le jauge . L'échelle de la jauge est basée sur des nombres entiers plutôt que sur des pouces fractionnaires ou décimaux. Plus le numéro de calibre est grand, plus le fil est fin ; plus le numéro de calibre est petit, plus le fil est gros. Pour ceux qui connaissent les fusils de chasse, cette échelle de mesure inversement proportionnelle devrait sembler familière.

Le tableau à la fin de cette section équivaut à la jauge avec le diamètre en pouces, les mils circulaires et les pouces carrés pour le fil solide. Les plus grandes tailles de fil atteignent une extrémité de l'échelle de jauge commune (qui culmine naturellement à une valeur de 1) et sont représentées par une série de zéros. « 3/0 » est une autre façon de représenter « 000 » et se prononce « triple devoir ». Encore une fois, ceux qui connaissent les fusils de chasse devraient reconnaître la terminologie, aussi étrange que cela puisse paraître. Pour rendre les choses encore plus confuses, il existe plus d'une jauge "standard" utilisée dans le monde. Pour le dimensionnement des conducteurs électriques, le American Wire Gauge (AWG), également connu sous le nom de Brown and Sharpe La jauge (B&S) est le système de mesure de choix. Au Canada et en Grande-Bretagne, le British Standard Wire Gauge (SWG) est le système de mesure légal pour les conducteurs électriques. D'autres systèmes de calibre de fil existent dans le monde pour classer le diamètre de fil, tels que les Stubs jauge de fil d'acier et la Jauge de fil de musique en acier (MWG), mais ces systèmes de mesure s'appliquent à l'utilisation de fils non électriques.

Le système de mesure American Wire Gauge (AWG), malgré ses bizarreries, a été conçu dans un but :pour chaque trois étapes de l'échelle de jauge, la surface du fil (et le poids par unité de longueur) double approximativement. Il s'agit d'une règle pratique à retenir lors de l'estimation approximative de la taille des fils !

Pour très grandes tailles de fil (plus gros que 4/0), le système de jauge de fil est généralement abandonné pour la mesure de la section transversale en milliers de mils circulaires (MCM), empruntant l'ancien chiffre romain "M" pour désigner un multiple de "mille" dans devant « CM » pour « mils circulaires ». Le tableau suivant des tailles de fil ne montre aucune taille supérieure à 4/0, car solide le fil de cuivre devient peu pratique à manipuler à ces tailles. La construction en fil torsadé est préférée à la place.

Tableau de fils pour conducteurs en cuivre ronds et massifs

Taille Diamètre Surface transversale Poids AWG Pouces cir. milles m² pouces lb/1000 pi 4/00.4600211,6000.1662640.53/00.4096167,8000.1318507.92/00.3648133,1000.1045402.81/00.3249105,5000.08289319.510.289383,6900.06573253.520.257666,3700.05213200.930.229452.6300.04134159.340.20400341.7400.03270.130026.450.320.20.257666.3700.05213200.930.229452.6300.04134159.340.204600.4267400.03270.130026.450.3200.6 8200.0163563.0280.128516,5100.0129749.9790.114413,0900.0102839.63100.101910,3800.00815531.43110.090748,2340.00646724.92120.080816,5300.00512919.77130.071965,1780.00406715.68140.064084,1070.00322512.43150.057073,2570.0025589.858160.050822,5830.0020287.818170.045262,0480.0016096.200180.040301,6240.0012764.917190.035891,2880.0010123. 899200.031961,0220.00080233.092210.02846810.10.00063632.452220.02535642.50.00050461.945230.02257509.50.00040011.542240.02010404.00.00031731.233250.01790320.40.00025170.9699260.01594254.10.00019960.7692270.01420201.50.00015830.6100280.01264159.80.00012550.4837290.01126126.70.000099540.3836300.01003100.50.000078940.3042310.00892879.700.000062600.2413320.00795063. 210.00049640.1913330.00708050.130.0 00039370.1517340.00630539.750.000031220.1203350.00561531.520.000024760.09542360.00500025.000.000019630.07567370.00445319.830.000015570.06001380.00396515.720.000012350.04759390.00353112.470.00000097930.03774400.0031459.8880.0000000077660.029930.0240.00012480.004 0.00024000

Pour certaines applications à courant élevé, des tailles de conducteur dépassant la limite de taille pratique du fil rond sont requises. Dans ces cas, des barres épaisses de métal solide appelées barres omnibus sont utilisés comme conducteurs. Les barres omnibus sont généralement en cuivre ou en aluminium et sont le plus souvent non isolées. Ils sont physiquement soutenus à l'écart de tout cadre ou structure les tenant par des supports isolants. Bien qu'une section transversale carrée ou rectangulaire soit très courante pour la forme des barres omnibus, d'autres formes sont également utilisées. La section transversale des barres omnibus est généralement évaluée en termes de mils circulaires (même pour les barres carrées et rectangulaires !), probablement pour la commodité de pouvoir directement assimiler la taille de la barre omnibus à un fil rond.

AVIS :

• Le courant circule plus facilement à travers les fils de grand diamètre que les fils de petit diamètre, en raison de la plus grande section transversale qu'ils ont dans laquelle se déplacer.
• Plutôt que de mesurer de petites tailles de fils en pouces, l'unité "mil" (1/1000 de pouce) est souvent utilisée.
• La section transversale d'un fil peut être exprimée en unités carrées (pouces carrés ou mils carrés), en mils circulaires ou en échelle de « jauge ».
• Le calcul de l'aire de fil en unité carrée pour un fil circulaire implique la formule de l'aire de cercle :
• A =r ² (unités carrées)
• Le calcul de l'aire d'un fil circulaire pour un fil circulaire est beaucoup plus simple, du fait que l'unité de « mil circulaire » a été dimensionnée uniquement à cette fin :éliminer le « pi » et le d/2 (rayon) facteurs dans la formule.
• A =d ² (unités circulaires)
• Il y a π (3.1416) mils carrés pour 4 mils circulaires.
• La jauge Le système de dimensionnement des fils est basé sur des nombres entiers, les plus grands nombres représentant des fils de plus petite surface et vice versa. Les fils d'une épaisseur supérieure à 1 calibre sont représentés par des zéros : 0, 00, 000 et 0000 (parlé « simple », « double-doit », « triple-doit » et « quadruple-doit. »
• Les très grandes tailles de fils sont évaluées en milliers de mils circulaires (MCM), typiques pour les barres omnibus et les tailles de fils au-delà de 4/0.
• Barres omnibus sont des barres pleines de cuivre ou d'aluminium utilisées dans la construction de circuits à haute intensité. Les connexions faites aux barres omnibus sont généralement soudées ou boulonnées, et les barres omnibus sont souvent nues (non isolées), supportées loin des cadres métalliques grâce à l'utilisation d'entretoises isolantes.

FICHES DE TRAVAIL ASSOCIÉES :

• Fiche de travail sur les types et les tailles de fils