Le circuit de la section précédente n’est pas très pratique. En fait, il peut être très dangereux de construire (connecter directement les pôles d’une source de tension avec un seul morceau de fil). La raison pour laquelle il est dangereux est que l’amplitude du courant électrique peut être très importante dans un tel court-circuit et que la libération d’énergie peut être très dramatique (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 de blanc (« incandescences”) avec de l’énergie thermique lorsqu’un courant électrique suffisant la traverse. Comme la batterie, elle dispose de deux points de connexion conducteurs, l’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:

Lorsque 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 transversale et de sa température. C’est techniquement connu sous le nom de résistance. (On peut dire que les conducteurs ont une faible résistance et que les isolants ont une très haute résistance.) Cette résistance sert à limiter la quantité de courant traversant le circuit avec une quantité donnée de tension fournie par la batterie, par rapport au « court-circuit” où nous n’avions qu’un fil reliant une extrémité de la source de tension (batterie) à l’autre. Lorsque le courant se déplace contre l’opposition de résistance, un « frottement” est généré. 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 se traduit par une quantité relativement importante d’énergie thermique dissipée à ce filament. Cette énergie thermique est suffisante pour que le filament brille de blanc, produisant de la lumière, tandis que les fils reliant la lampe à la batterie (qui ont une résistance beaucoup plus faible) se réchauffent à peine tout en conduisant la même quantité de courant. Comme dans le cas du court-circuit, si la continuité du circuit est rompue en un point quelconque, le flux de 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, en attendant la possibilité d’une connexion pour traverser cette coupure et permettre à nouveau le flux de courant. Cette condition est connue sous le nom de circuit ouvert, où une rupture dans la continuité du circuit empêche le courant partout. Il suffit d’une seule rupture de continuité pour ”ouvrir » un circuit. Une fois que les interruptions éventuelles ont été à nouveau connectées et que la continuité du circuit a été rétablie, on parle de circuit fermé.

La base pour allumer et éteindre les lampes

Ce que nous voyons ici est la base pour allumer et éteindre les lampes par des commutateurs à distance. Parce que toute rupture dans la continuité d’un circuit entraîne un 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 auquel 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 commander 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 faits 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 circuler de l’un à l’autre et la continuité du circuit est établie. Lorsque les contacts sont séparés, le flux de courant de l’un à l’autre est empêché par l’isolation de l’air entre, et la continuité du circuit est rompue.

L’interrupteur à couteau

Peut-être le meilleur type d’interrupteur à montrer pour illustrer le principe de base est l’interrupteur « couteau”:

Un interrupteur à couteau n’est rien d’autre qu’un levier conducteur, libre de pivoter sur une charnière, venant en contact physique avec un ou plusieurs points de contact fixes qui sont également conducteurs. L’interrupteur représenté dans l’illustration ci-dessus est construit sur une base en porcelaine (un excellent matériau isolant), 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:

Le commutateur de couteau particulier illustré ici a une ”lame » mais deux contacts fixes, ce qui signifie qu’il peut faire ou casser plus d’un circuit. Pour l’instant, ce n’est pas très important d’être conscient, juste le concept de base de ce qu’est un commutateur et de son fonctionnement. Les interrupteurs à couteaux 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 commutateur de couteau font un contact accidentel avec le circuit une possibilité distincte, et toute étincelle qui peut se produire entre la lame mobile et le contact fixe est libre d’enflammer tout matériau inflammable à proximité. La plupart des modèles de commutateurs 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 de commutateurs 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 des circuits « ouverts” et « fermés”, un interrupteur qui est en contact d’une borne de connexion à l’autre (exemple: un interrupteur à couteau dont la lame touche complètement le point de contact fixe) assure la continuité de la circulation du courant et est appelé interrupteur fermé. Inversement, un commutateur qui rompt la continuité (exemple: un interrupteur à couteau dont la lame ne touche pas le point de contact fixe) ne laissera pas passer le courant et s’appelle un interrupteur ouvert. Cette terminologie est souvent source de confusion pour le nouvel étudiant en électronique car les mots « ouvert” et « fermé” sont communément compris dans le contexte d’une porte, où « ouvert” est assimilé à un passage libre et « fermé” à un blocage. Avec les interrupteurs électriques, ces termes ont une signification opposée: « ouvert » signifie pas de flux tandis que ”fermé » signifie libre passage du courant électrique.

AVIS:

• La résistance est la mesure de l’opposition au courant électrique.
• Un court-circuit est un circuit électrique offrant peu ou pas de résistance à l’écoulement du courant. Les courts-circuits sont dangereux avec les sources d’énergie à haute tension car les courants élevés rencontrés peuvent libérer de grandes quantités d’énergie thermique.
• Un circuit ouvert est celui où la continuité a été rompue par une interruption du chemin de circulation du courant.
• Un circuit fermé est un circuit complet, avec une bonne continuité tout au long.
• Un dispositif conçu pour ouvrir ou fermer un circuit dans des conditions contrôlées est appelé interrupteur.
• Les termes « ouvert » et « fermé » désignent des commutateurs ainsi que des 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 (à faible résistance) pour que le courant circule.

FEUILLES DE CALCUL CONNEXES:

• Commutateurs
• Résistance
• Tension, Courant et Résistance

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