Résistance

Le circuit de la section précédente n'est pas très pratique. En fait, il peut être assez dangereux de construire (connecter directement les pôles d'une source de tension avec un seul morceau de fil). La raison pour laquelle c'est dangereux est que l'amplitude du courant électrique peut être très grande dans un tel court-circuit , et la libération d'énergie peut être très spectaculaire (généralement sous forme de chaleur). Habituellement, les circuits électriques sont construits de manière à utiliser concrètement cette énergie libérée, de la manière la plus sûre possible.

Le flux de courant à travers le filament de la lampe

Une utilisation pratique et populaire du courant électrique est pour le fonctionnement de l'éclairage électrique. La forme la plus simple de lampe électrique est un minuscule « filament » métallique à l'intérieur d'une ampoule en verre transparent, qui brille à blanc (« incandescence ») avec de l'énergie thermique lorsqu'un courant électrique suffisant la traverse. Comme la batterie, il dispose de deux points de connexion conducteurs, un pour l'entrée du courant et l'autre pour la sortie du courant. Connecté à une source de tension, un circuit de lampe électrique ressemble à ceci :

Au fur et à mesure que le courant traverse le mince filament métallique de la lampe, il rencontre plus d'opposition au mouvement qu'il ne le ferait généralement dans un morceau de fil épais. Cette opposition au courant électrique dépend du type de matériau, de sa section et de sa température. Elle est techniquement connue sous le nom de résistance . (On peut dire que les conducteurs ont une faible résistance et les isolants ont une résistance très élevée.) Cette résistance sert à limiter la quantité de courant à travers le circuit avec une quantité donnée de tension fournie par la batterie, par rapport au "court-circuit" où nous n'avions rien d'autre qu'un fil reliant une extrémité de la source de tension (batterie) à l'autre. Lorsque le courant se déplace contre l'opposition de la résistance, une « friction » est générée. Tout comme le frottement mécanique, le frottement produit par le courant circulant contre une résistance se manifeste sous forme de chaleur. La résistance concentrée du filament d'une lampe entraîne une quantité relativement importante d'énergie thermique dissipée au niveau de ce filament. Cette énergie thermique est suffisante pour que le filament brille à blanc, produisant de la lumière, tandis que les fils reliant la lampe à la batterie (qui ont une résistance beaucoup plus faible) chauffent à peine tout en conduisant la même quantité de courant. Comme dans le cas du court-circuit, si la continuité du circuit est interrompue en un point quelconque, la circulation du courant s'arrête dans tout le circuit. Avec une lampe en place, cela signifie qu'elle cessera de briller :

Comme auparavant, sans flux de courant, tout le potentiel (tension) de la batterie est disponible à travers la coupure, attendant l'opportunité d'une connexion pour ponter à travers cette coupure et permettre à nouveau la circulation du courant. Cette condition est connue sous le nom de circuit ouvert , où une rupture de la continuité du circuit empêche le courant partout. Il suffit d'une seule rupture de continuité pour « ouvrir » un circuit. Une fois les coupures rétablies et la continuité du circuit rétablie, on parle de circuit fermé .

La base pour changer de lampe

Ce que nous voyons ici est la base pour allumer et éteindre les lampes par des interrupteurs à distance. Étant donné que toute interruption de la continuité d'un circuit entraîne l'arrêt du courant dans tout le circuit, nous pouvons utiliser un dispositif conçu pour rompre intentionnellement cette continuité (appelé interrupteur ), monté à n'importe quel endroit pratique où nous pouvons faire passer des fils, pour contrôler le flux de courant dans le circuit :

C'est ainsi qu'un interrupteur monté sur le mur d'une maison peut contrôler une lampe qui est montée dans un long couloir, ou même dans une autre pièce, loin de l'interrupteur. L'interrupteur lui-même est constitué d'une paire de contacts conducteurs (généralement constitués d'une sorte de métal) forcés ensemble par un actionneur à levier mécanique ou un bouton-poussoir. Lorsque les contacts se touchent, le courant peut passer de l'un à l'autre et la continuité du circuit est établie. Lorsque les contacts sont séparés, le passage du courant de l'un à l'autre est empêché par l'isolement de l'air entre les deux et la continuité du circuit est rompue.

Le commutateur de couteau

Le meilleur type d'interrupteur à montrer pour illustrer le principe de base est peut-être l'interrupteur « couteau » :

Un interrupteur à couteau n'est rien de plus qu'un levier conducteur, libre de pivoter sur une charnière, entrant en contact physique avec un ou plusieurs points de contact fixes qui sont également conducteurs. L'interrupteur montré dans l'illustration ci-dessus est construit sur une base en porcelaine (un excellent matériau isolant), en utilisant du cuivre (un excellent conducteur) pour la « lame » et les points de contact. La poignée est en plastique pour isoler la main de l'opérateur de la lame conductrice de l'interrupteur lors de son ouverture ou de sa fermeture. Voici un autre type d'interrupteur à couteau, avec deux contacts fixes au lieu d'un :

L'interrupteur à couteau particulier illustré ici a une "lame" mais deux contacts fixes, ce qui signifie qu'il peut ouvrir ou couper plus d'un circuit. Pour l'instant, il n'est pas très important d'être conscient de cela, juste du concept de base de ce qu'est un commutateur et de son fonctionnement. Les interrupteurs à couteau sont parfaits pour illustrer le principe de base du fonctionnement d'un interrupteur, mais ils présentent des problèmes de sécurité distincts lorsqu'ils sont utilisés dans des circuits électriques à haute puissance. Les conducteurs exposés dans un interrupteur à couteau rendent tout contact accidentel avec le circuit une possibilité distincte, et toute étincelle pouvant se produire entre la lame mobile et le contact fixe est libre d'enflammer tout matériau inflammable à proximité. La plupart des conceptions d'interrupteurs modernes ont leurs conducteurs mobiles et leurs points de contact scellés à l'intérieur d'un boîtier isolant afin d'atténuer ces risques. Une photographie de quelques types d'interrupteurs modernes montre à quel point les mécanismes de commutation sont beaucoup plus dissimulés qu'avec la conception du couteau :

Circuits Ouverts et Fermés

Conformément à la terminologie « ouvert » et « fermé » des circuits, un interrupteur qui établit le contact d'une borne de connexion à l'autre (exemple :un interrupteur à couteau avec la lame touchant complètement le point de contact fixe) assure la continuité pour le passage du courant à travers et s'appelle un fermé changer. A l'inverse, un interrupteur qui rompt la continuité (exemple :un interrupteur à couteau avec la lame pas toucher le point de contact fixe) ne laissera pas passer le courant et s'appelle un ouvert changer. Cette terminologie est souvent déroutante pour le nouvel étudiant en électronique car les mots « ouverte » et « fermée » sont généralement compris dans le contexte d'une porte, où « ouverte » est assimilée à un passage libre et « fermée » à un blocage. Avec les interrupteurs électriques, ces termes ont un sens opposé :« ouvert » signifie qu'il n'y a pas de débit tandis que « fermé » signifie le libre passage du courant électrique.

AVIS :

• Résistance est la mesure de l'opposition au courant électrique.
• Un court-circuit est un circuit électrique offrant peu ou pas de résistance au passage du courant. Les courts-circuits sont dangereux avec les sources d'alimentation à haute tension, car les courants élevés rencontrés peuvent provoquer la libération de grandes quantités d'énergie thermique.
• Un circuit ouvert en est une où la continuité a été rompue par une interruption du trajet du courant.
• Un circuit fermé en est un qui est complet, avec une bonne continuité tout au long.
• Un dispositif conçu pour ouvrir ou fermer un circuit dans des conditions contrôlées s'appelle un interrupteur .
• Les termes « ouvert » et « fermé » se référer aux commutateurs ainsi qu'aux circuits entiers. Un interrupteur ouvert est un interrupteur sans continuité :le courant ne peut pas le traverser. Un interrupteur fermé est un interrupteur qui fournit un chemin direct (faible résistance) pour le passage du courant.

FICHES DE TRAVAIL CONNEXES :

• Commutateurs
• Résistance
• Tension, courant et résistance

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