La conductance électrique décrit la facilité avec laquelle le courant électrique circule à travers un composant, un conducteur ou un chemin électrique. Bien qu’elle soit étroitement liée à la résistance, à la conductivité et à l’admittance, chaque grandeur décrit un aspect différent du comportement électrique. Comprendre ces distinctions est important lors de l’analyse de circuits parallèles, de l’évaluation des chemins de fuite, de l’interprétation des sorties des capteurs, du test des connexions électriques et du travail avec des systèmes AC.
Cet article explique les formules fondamentales de conductance, sa relation avec la résistance, son comportement dans les circuits en série et en parallèle, les facteurs physiques qui l’influencent, les méthodes de mesure pratiques et les problèmes courants de dépannage.
Qu’est-ce que la conductance électrique ?
La conductance électrique mesure la capacité d’un composant ou d’un chemin électrique à transporter le courant. Un chemin qui permet à plus de courant de circuler à une tension donnée a une conductivité plus élevée, tandis qu’un chemin qui limite le courant a une conductivité moindre.
La conductance et la résistance décrivent le même comportement électrique sous des perspectives opposées :
• La résistance décrit l’opposition au flux de courant.
• La conductance décrit la capacité à transporter le courant.
Le symbole de conductance est (G), et son unité SI est le siemens, représenté par (S). Un siemens est la conductance d’un chemin qui transporte un ampère de courant lorsqu’un volt est appliqué :
1S=1AV=1Ω−1
L’ancien terme mho peut apparaître dans des documents techniques anciens, mais le Siemens est l’unité SI internationalement acceptée.
La conductance est particulièrement utile lorsqu’on travaille avec des circuits contenant plusieurs chemins parallèles car des conductances individuelles peuvent être ajoutées directement. Il est également utile pour exprimer de petits courants de fuite, évaluer le comportement des capteurs et analyser les connexions électriques.
Formules de conductance et calculs de circuit
La conductance est l’inverse de la résistance. Les trois relations principales sont :
G=1R
R=1G
G=IV
Où :
• (G) est la conductance dans les Siemens.
• (R) est la résistance en ohms.
• (I) est le courant en ampères.
• (V) est la tension en volts.
Une résistance plus faible correspond à une conductance plus élevée, tandis qu’une résistance plus élevée correspond à une conductance plus faible.
L’équation G=IV s’applique à la condition de fonctionnement mesurée. Pour les composants non linéaires tels que les diodes, transistors, thermistors et certains capteurs, la conductance peut changer selon la tension, le courant, la température ou les conditions de polarisation.
Une résistance a une résistance de (200Ω) :
G=1200
G=0,005S=5mS
La résistance a donc une conductance de 5 mS.
Un composant consomme 0,25 A lorsque 5 V est appliqué :
G=0,255
G=0,05S=50mS
Cette valeur représente la conductance du composant à ce point de fonctionnement spécifique.
| Unité de conductance | Valeur équivalente | Résistance équivalente |
|---|---|---|
| 1 S | 1 000 mS | 1 Ω |
| 1 mS | 1 000 μS | 1 kΩ |
| 1 μS | 1 000 nS | 1 MΩ |
| 1 nS | 0,001 μS | 1 GΩ |
Une relation directe utile est :
G (mS)=1R(kΩ)
Conductance dans les circuits parallèles
Chaque branche d’un circuit parallèle fournit un chemin supplémentaire pour le courant. La conductance totale est donc la somme des conductances individuelles des branches :
Gtotal=G1+G2+G3+⋯
Par exemple, trois résistances parallèles de (100 Ω, (200 Ω) et (500 Ω) ont des conductances de 10 mS, 5 mS et 2 mS, respectivement.
Gtotal = 10+5+2=17mS
La résistance équivalente est :
Rtotal = 10,017 ≈58,8Ω
La résistance équivalente est inférieure à chaque résistance de branchement individuelle car le réseau parallèle offre plus de chemins pour le courant.
Conductance dans les circuits en série
Les conductances ne s’additionnent pas directement dans un circuit en série. Les résistances doivent d’abord être ajoutées :
Rtotal = R1+R2+R3...
La conductance totale est ensuite calculée à partir de la résistance combinée :
Gtotal=1Rtotal
Pour trois résistances en série de (100 Ω), (200 Ω) et (300 Ω) :
Rtotal = 600Ω
Gtotal = 1600 ≈1,67 mS
Dans les circuits parallèles, les conductances s’additionnent directement. Dans les circuits en série, les résistances s’additionnent avant que la conductance totale ne soit calculée.
Conductance, propriétés des matériaux et dimensions physiques
La conductance d’un conducteur uniforme dépend de sa conductivité du matériau, de sa surface de section transversale et de sa longueur :
G=σAL
Où :
• (G) est la conductance dans les Siemens.
• (\sigma) est la conductivité du matériau en Siemens par mètre.
• (A) est la surface transversale en mètres carrés.
• (L) est la longueur du conducteur en mètres.
Cette relation montre que la conductance augmente lorsque le matériau a une conductivité plus élevée ou que le conducteur a une section transversale plus grande. La conductance diminue à mesure que la longueur du conducteur augmente. Un fil de cuivre épais a donc une conductivité supérieure à celle d’un fil de cuivre plus fin de même longueur, tandis qu’un fil court a une plus grande conductivité qu’un fil plus long fabriqué dans le même matériau.
La résistance peut aussi s’exprimer en termes de résistivité :
R=ρLA
Parce que la conductivité est l’inverse de la résistivité,
σ=1ρ
L’équation de conductance peut aussi s’écrire comme suit :
G=A(ρL)
| Facteur | Effet sur la conductance | Note de conception |
|---|---|---|
| Conductivité du matériau | Une conductivité plus élevée augmente la conductance | Comparer les matériaux ayant les mêmes dimensions et températures |
| Longueur du chef d’orchestre | Plus une longueur plus grande réduit la conductance | La conductance est inversement proportionnelle à la longueur |
| Surface en section transversale | Une plus grande surface augmente la conductance | Plus de section transversale fournit des chemins de courant supplémentaires |
| Température | L’effet dépend du matériau | La conductance métallique diminue généralement à mesure que la température augmente |
| Condition de contact | La corrosion ou des contacts lâches réduisent la conductance | Inspectez les bornes, les soudures et les surfaces des connecteurs |
| Fréquence | Les effets réactifs et parasitaires peuvent modifier le résultat | Utiliser l’admission lorsque le comportement de la CA est significatif |
Pour la plupart des métaux, la résistance augmente avec la température, ce qui fait diminuer la conductance. Les semi-conducteurs et les électrolytes peuvent se comporter différemment car leur concentration et mobilité de porteurs de charge varient avec la température.
Des bornes lâches, des soudures endommagées, l’oxydation, la corrosion et la contamination peuvent également réduire la conductance effective d’un chemin électrique. Ces conditions peuvent provoquer une chute de tension, un chauffage localisé, un fonctionnement intermittent ou des mesures instables.
À des fréquences plus élevées, l’effet cutané, la capacité parasite, l’inductance parasite et le comportement diélectrique peuvent influencer le flux de courant. Dans ces cas, la conductance doit être évaluée comme faisant partie de l’admission totale du circuit plutôt que traitée comme une valeur isolée en courant continu.
Conductance vs. conductivité et admittance
La conductance, la conductivité et l’admittance sont des grandeurs apparentées, mais elles ne décrivent pas la même propriété.
| Quantité | Symbole | Ce qu’il décrit | Unité |
|---|---|---|---|
| Conductance | (G) | Capacité de transport de courant d’un composant ou d’un chemin spécifique | S |
| Conductivité | (\sigma) | Propriété électrique intrinsèque d’un matériau | S/m |
| Admission | (Y) | Comportement total d’opposition-inverse dans un circuit en courant alternatif | S |
Conductance et conductivité
La conductance s’applique à un objet, un conducteur ou un chemin électrique spécifique et dépend à la fois des dimensions matérielles et physiques. La conductivité est une propriété intrinsèque du matériau qui ne dépend pas des dimensions d’un échantillon particulier.
Deux fils de cuivre ont une conductivité à peu près la même lorsqu’ils sont évalués à la même température. Cependant, elles peuvent avoir des valeurs de conductance différentes si leurs longueurs ou sections transversales diffèrent.
Leur relation est la suivante :
G=σAL
Conductance et admission
La conductance représente le courant résistif. L’admission est une quantité AC plus large qui inclut à la fois la conductance et la susceptibilité :
Y=G+jB
Où :
• (Y) est l’admission.
• (G) est la conductance.
• (B) est la susception.
• (j) est l’unité imaginaire.
La conductance est la partie réelle de l’admittance et représente la portion associée à la dissipation réelle de la puissance. La susceptance représente un comportement réactif causé par la capacité et l’inductance.
Pour un circuit purement résistif :
Y=G
Pour les circuits contenant une capacité ou une inductance significatives, la conductance seule ne décrit pas complètement la relation courant-tension.
Les mesures liquides illustrent également la distinction entre conductance et conductivité. Une sonde de conductivité mesure d’abord la conductance entre ses électrodes puis compense la géométrie de la sonde à l’aide de la constante de la cellule :
σ=G×K
Où (K) est la constante de la cellule sonde. Parce que la conductivité du liquide est fortement influencée par la température, les instruments de conductivité incluent couramment la mesure et la compensation de la température.
Comment mesurer la conductance électrique
La plupart des multimètres numériques standards mesurent la résistance plutôt que d’afficher directement la conductance. La conductance est ensuite calculée en utilisant :
G=1R
Suivez ces étapes :
• Déconnecter l’alimentation du circuit.
• Condensateurs de décharge.
• Isoler le composant lorsque nécessaire.
• Mesurer la résistance.
• Calculer la conductance en utilisant (G=1/R).
• Convertir le résultat en l’unité Siemens correcte.
Par exemple, une résistance mesurée de (50kΩ) produit :
G=150, 000
G =0,00002 S=20 μS
Le mode résistance ne doit pas être utilisé sur un circuit sous tension. La charge stockée doit également être retirée en toute sécurité avant la mesure car la tension résiduelle peut affecter la lecture ou endommager l’instrument.
Les quatre principales sources d’erreur de mesure sont :
• Chemins de circuit parallèle : D’autres composants connectés peuvent fournir des chemins de courant supplémentaires et produire une valeur de conductance en circuit supérieure à ce qui était prévu.
• Résistance au plomb et au contact : la résistance de la sonde, l’oxydation, les connexions desserrées et la contamination de surface peuvent affecter les mesures, en particulier lors de l’évaluation de chemins hautement conducteurs.
• Température et humidité : Les propriétés du matériau, les courants de fuite et la conduction de surface peuvent évoluer selon les conditions environnementales.
• Plage et résolution du mètre : L’instrument doit avoir une résolution suffisante et une plage de mesure appropriée pour la résistance ou la conductance évaluée.
Lorsque des chemins parallèles sont présents, déconnecter une borne du composant permet normalement une mesure plus fiable.
Applications pratiques de la conductance électrique
| Application | Comment la conductance est utilisée | Considération principale de conception |
|---|---|---|
| Analyse des circuits parallèles | Les conductances de branchement sont ajoutées directement pour déterminer la capacité totale de transport de courant | Confirmez que toutes les branches partagent les deux mêmes nœuds de circuit |
| Analyse des circuits nodaux | La conductance relie le courant de branche à la différence de tension entre les nœuds | Maintenir des directions courantes cohérentes et des références de tension des nœuds |
| Interfaces de capteurs résistifs | Les changements de résistance sont convertis en changements de conductance pour l’interprétation du signal | Prendre en compte le point de fonctionnement, la température et la non-linéarité du capteur |
| Tests de fuite et d’isolation | De très faibles valeurs de conductance représentent des chemins de courant indésirables à travers l’isolation ou les surfaces | Utiliser des instruments avec une résolution adaptée pour des mesures nS ou μS |
| Modélisation des semi-conducteurs | La conductance statique ou différentielle décrit le comportement courant-tension à un point de polarisation défini | Indiquer le point de fonctionnement et utiliser (g=dI/dV) lorsque le comportement incrémental est requis |
| Évaluation des contacts et des connexions | Une conductance réduite peut révéler des connexions lâches, corrodées, oxydées ou endommagées | Mesurer sous conditions contrôlées et inspecter la chute de tension ou le chauffage |
La conductance est souvent plus pratique que la résistance dans les calculs en circuit parallèle et nodaux car les valeurs de conductance s’additionnent directement. Il est également utile pour décrire des chemins de fuite extrêmement petits car des valeurs telles que les nanosièmes peuvent être plus faciles à interpréter que des centaines de mégohms ou plusieurs gigohms.
La résistance reste plus familière pour les classifications de composants, les calculs de câblage, les circuits en série et l’analyse de la chute de tension. La grandeur préférée dépend de la représentation qui facilite l’évaluation du comportement du circuit.
Problèmes courants de conductance et dépannage
| Problème | Cause probable | Action recommandée |
|---|---|---|
| La conductance calculée est trop élevée ou trop basse | Unité de résistance ou préfixe métrique incorrect | Convertir la résistance en ohms et vérifier si le résultat doit être S, mS, μS ou nS |
| La conductance en circuit est plus élevée que prévu | D’autres composantes créent des chemins parallèles | Débranchez une borne et répétez la mesure |
| La lecture change continuellement | Mauvais contact avec la sonde, humidité, contamination ou variations de température | Nettoyer les points d’essai et stabiliser les conditions d’essai |
| La conductance varie avec la tension appliquée | La composante est non linéaire | Indiquer le point de fonctionnement ou utiliser la conductance différentielle |
| Le résultat en série ou parallèle est incorrect | La règle de la mauvaise combinaison a été utilisée | Ajouter des conductances en parallèle ; ajouter des résistances avant de calculer la conductance en série |
| Le résultat en courant alternatif diffère du calcul en courant continu | La capacité, l’inductance ou le décalage de phase affectent le circuit | Utilisez l’admission au lieu de la conductance seule |
Conclusion
La conductance électrique offre un moyen direct de décrire la facilité avec laquelle le courant circule à travers un composant, un conducteur ou un chemin de circuit. C’est l’inverse de la résistance et peut être calculée en utilisant G=1R ou, pour une condition de fonctionnement spécifiée, G=IV.
La conductance est utile pour l’analyse de circuits parallèles, les équations nodales, les tests de fuite, l’évaluation des capteurs, la modélisation des semi-conducteurs et les tests de connexion. Sa valeur dépend non seulement de la résistance mais aussi des propriétés du matériau, des dimensions des conducteurs, de la température, de la qualité du contact et de la fréquence.
Une mesure précise de la conductance nécessite des tests de résistance sûrs, une isolation appropriée des composants, une conversion correcte de préfixe métrique et un contrôle des conditions environnementales et de connexion. Dans les circuits alternatifs présentant un comportement réactif significatif, la conductance doit être évaluée comme la composante réelle de l’admittance.
Foire aux questions [FAQ]
Q1. Quelle est la formule pour la conductance électrique ?
La formule principale est la suivante :
G=1R
La conductance peut également être calculée en utilisant :
G=IV
lorsque le courant et la tension sont mesurés dans la même condition de fonctionnement.
Q2. Qu’est-ce que l’unité SIE de la conductance ?
L’unité SI est le siemens, représenté par (S). Un Siemens équivaut à un ampère par volt ou un ohm réciproque :
1 S=1 A/V=1 Ω−1
Q3. La conductance est-elle la même chose que la conductivité ?
Non. La conductance s’applique à un composant ou à un chemin électrique spécifique et dépend de ses dimensions. La conductivité est une propriété intrinsèque du matériau et se mesure en siemens par mètre.
Q4. Pourquoi la conductance totale augmente-t-elle dans un circuit parallèle ?
Chaque branche parallèle crée un chemin de courant supplémentaire. Parce que les conductances de branche s’additionnent directement, ajouter un autre chemin conducteur augmente la conductance totale.
Q5. Un multimètre peut-il mesurer la conductance ?
Certains instruments spécialisés affichent directement la conductance. La plupart des multimètres standards mesurent la résistance, qui peut être convertie en conductance en utilisant :
G=1R
Q6. Une plus grande conductance permet-elle à plus de courant de circuler ?
À la même tension appliquée, une plus grande conductance permet à plus de courant de circuler :
I=GV
Le courant réel dépend également de la tension appliquée et du comportement linéaire du composant au point de fonctionnement spécifié.
