Bienvenue sur nos pages consacrées à l’éducation. Dans cette partie, vous pourrez vous informer sur l’histoire, la biologie, les produits chimiques et la physique du cuivre. En outre, certaines pages reprennent les références de l’utilisation du cuivre dans le domaine de l’environnement et certaines études de cas du cuivre en action dans l’industrie.
Vous pouvez effectuer une visite virtuelle d’une maison qui vous présente les nombreuses utilisations possibles du cuivre à l'intérieur et à l'extérieur du logement.
Vous avez également la possibilité d’accéder à une présentation interactive de l'importance du cuivre dans la production de pièces en euros.
Introduction – Propriétés et usages du cuivre
Les rôles du cuivre
Le cuivre joue un rôle vital dans le déroulement de notre existence. L’homme utilise le cuivre depuis 9 000 avant Jésus-Christ. L’une des raisons qui expliquent pourquoi le cuivre est si important, tient à sa capacité à être mis en œuvre sous forme d’alliages. Cela signifie qu’il peut être combiné à d’autres métaux pour réaliser de nouveaux alliages, comme le laiton et le bronze. Ceux-ci sont plus durs, plus solides et résistent davantage à la corrosion que le cuivre pur.
Aujourd'hui, il est très recherché pour ses différentes qualités. C’est un excellent conducteur d’électricité et de chaleur ; il est solide, ductile et peut facilement être assemblé par soudage ou brasage ; de plus, il est hygiénique, facile à allier et résistant à la corrosion.
Vous le trouvez partout. Chez vous, il se cache dans chaque objet de votre quotidien, comme les téléphones, les canalisations d'eau, les serrures et le câblage électrique.
Les propriétés du cuivre
• Un excellent conducteur électrique
• Un excellent conducteur thermique
• Résistant à la corrosion
• Antibactérien
• Facile à assembler
• Ductile
• Solide
• Amagnétique
• Une couleur attrayante
• Facile à allier
• Recyclable
• Catalytique
Conductivité électrique
De tous les métaux, à l’exception de l’argent, le cuivre possède la meilleure conductivité électrique. Une bonne conductivité électrique équivaut à une faible résistance électrique.
Applications
Les fils de cuivre permettent au courant électrique de circuler sans trop de perte d’énergie. C’est pour cette raison que l’on utilise les fils de cuivre dans les câbles principaux des maisons et en sous-sol (bien que les câbles aériens soient de plus en plus souvent en aluminium du fait de leur densité inférieure). Cependant, lorsque le critère de la taille est plus important que celui du poids, le cuivre représente le meilleur choix. On utilise des lames de cuivre épaisses pour les paratonnerres des immeubles de grande hauteur comme les flèches d’une église. Le câble doit être épais afin de pouvoir conduire un courant de forte intensité sans risquer de fondre.
Le fil de cuivre peut être enroulé en une bobine. La bobine produira un champ magnétique et, grâce au cuivre qui la compose, ne perdra que peu d’énergie électrique. Quelques exemples d’applications dans lesquelles on retrouve des bobines de cuivre :
Électroaimants :
Serrures, grues de ferrailleur, carillons électriques.
Moteurs :
Pompes, appareils ménagers (lave-linge, lave-vaisselle, réfrigérateurs, aspirateurs), voitures (démarreurs, essuie-glaces, vitres électriques), ordinateurs (lecteurs de disques, ventilateurs), systèmes multimédia (lecteurs CD et DVD).
Dynamos :
Bicyclettes, centrales électriques.
Transformateurs :
Adaptateurs principaux, postes électriques, centrales électriques.
Comment fonctionne la conduction par le cuivre ?
Le cuivre est un métal. Il est constitué d’atomes de cuivres étroitement solidarisés.
Si nous pouvions l’examiner de suffisamment près, nous verrions des électrons se déplacer entre les atomes de cuivre. Chaque atome de cuivre perd un électron et devient un ion positif. Le cuivre s’identifie donc à un treillis d’ions de cuivre positifs avec des électrons libres qui se déplacent entre eux. (les électrons sont un peu comme les particules d’un gaz se déplaçant librement entre les bords du fil).
Les électrons peuvent se déplacer librement à travers le métal. C’est la raison pour laquelle on les appelle « électrons libres ». Ils sont également appelés « électrons de conduction », car ils permettent au cuivre d'être un bon conducteur de chaleur et d'électricité.
Les ions de cuivre vibrent. Remarquez qu’ils vibrent autour d’un même axe, alors que les électrons peuvent se déplacer au travers du treillis. Cette propriété a une très grande importance au moment du raccordement du fil à une batterie.
La conduction électrique
Nous pouvons raccorder un fil de cuivre à une batterie et à un interrupteur. Normalement, les électrons libres se déplacent aléatoirement dans le métal.
Lorsque nous fermons l’interrupteur, un courant électrique se met à circuler. Les électrons libres circulent dorénavant à travers le fil (ici, de gauche à droite – bien qu’ils continuent de se déplacer aléatoirement).
Les électrons présentent une charge négative. Ils sont attirés par la borne positive de la batterie. Les électrons libres se déplacent au travers du cuivre, en circulant de la borne négative à la borne positive de la batterie (remarquez qu’ils circulent dans le sens opposé au courant conventionnel ; ceci s'explique par leur charge négative).
Les ions de cuivre présents dans le fil vibrent. Un ion fait parfois obstacle à un électron mobile. L’électron entre en collision avec l'ion et rebondit sur celui-ci. De ce fait, l'électron est ralenti. Une partie de son énergie a été transférée à l’ion, dont la vibration s’accélère alors.
Voici comment l’énergie est transférée des électrons mobiles aux ions de cuivre. Le cuivre s’échauffe alors. Cela explique pourquoi :
• les métaux se caractérisent par une résistance électrique ;
• les métaux s’échauffent lorsqu’un courant les parcourt.
