Résistivité et conductivité électriques
Introduction
Larésistivité et la conductivité électriques sont des propriétés fondamentales qui déterminent la façon dont les matériaux réagissent aux courants électriques. Ces propriétés sont cruciales pour la conception de systèmes électriques, la sélection de matériaux pour des applications spécifiques et l'amélioration de l'efficacité énergétique dans diverses technologies.
Facteurs influençant la résistivité et la conductivité électriques
Plusieurs facteurs influencent la résistivité et la conductivité électriques des matériaux :
La température
Lorsque la température augmente, la résistivité de la plupart des conducteurs augmente également en raison de l'augmentation des vibrations du réseau qui entravent le flux d'électrons. À l'inverse, dans les semi-conducteurs, la résistivité diminue généralement avec l'augmentation de la température.
Composition des matériaux
Les différents matériaux ont des résistivités intrinsèques. Les métauxont généralement une faible résistivité, ce qui en fait d'excellents conducteurs, tandis que les non-métaux et les isolants ont une résistivité plus élevée.
Impuretés et défauts
La présence d'impuretés et de défauts structurels dans un matériau peut perturber le flux d'électrons et augmenter la résistivité. Les matériaux de grande pureté présentent généralement une résistivité plus faible.
Dimensions physiques
La résistivité d'un matériau est indépendante de sa forme et de sa taille. Toutefois, la résistance globale d'un matériau dépend de sa longueur et de sa section transversale.
Conductivité électrique des métaux
Les métaux sont réputés pour leur conductivité électrique élevée, attribuée à la présence d'électrons libres qui facilitent le déplacement des charges électriques. La conductivité des métaux peut être adaptée par des techniques d'alliage et de traitement afin de répondre à des exigences électriques spécifiques.
Tableau de la résistivité et de la conductivité électriques
Voici un tableau résumant la résistivité électrique et laconductivité des matériaux courants. La résistivité est généralement mesurée en ohm-mètres (Ω-m) et la conductivité en siemens par mètre (S/m).
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Matériau |
Résistivité (Ω-m) |
Conductivité (S/m) |
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Argent |
1.59 × 10-⁸ |
6.30 × 10⁷ |
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Cuivre |
1.68 × 10-⁸ |
5.96 × 10⁷ |
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Or |
2.44 × 10-⁸ |
4.10 × 10⁷ |
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2.82 × 10-⁸ |
3.55 × 10⁷ |
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Fer |
9.71 × 10-⁸ |
1.03 × 10⁷ |
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Nickel |
6.99 × 10-⁸ |
1.43 × 10⁷ |
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5.60 × 10-⁷ |
1.79 × 10⁶ |
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Plomb |
2.20 × 10-⁷ |
4.55 × 10⁶ |
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1.06 × 10-⁷ |
9.43 × 10⁶ |
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Carbone (Graphite) |
3.5 × 10-⁵ |
2.86 × 10⁴ |
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6.40 × 10³ |
1.56 × 10-⁴ |
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Caoutchouc |
10¹⁴- 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
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Verre |
10¹³ - 10¹⁶ |
10-¹³ - 10-¹⁶ |
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Bois (sec) |
10-¹ - 10¹² |
10¹⁰- 10-⁹ |
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Eau (distillée) |
18.2 × 10³ |
5.49 × 10-⁵ |
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Béton |
10¹⁴- 10¹⁶ |
10-¹⁶ - 10-¹⁴ |
Remarques :
- Lesmétaux(comme l'argent, le cuivre et l'aluminium) ont une faible résistivité, ce qui signifie qu'ils sont d'excellents conducteurs.
- Lessemi-conducteurscomme le siliciumont une résistivité modérée et sont utilisés dans les appareils électroniques.
- Lesmatériaux isolants tels que le caoutchouc, le verre et le boisont une résistivité très élevée et une mauvaise conductivité.
- L'eausous sa forme pure (distillée) a une résistivité relativement élevée, mais les impuretés (comme les sels) augmentent considérablement sa conductivité.
Questions fréquemment posées
Quelle est la différence entre la résistivité électrique et la conductivité ?
La résistivité électrique mesure la force avec laquelle un matériau s'oppose à la circulation du courant électrique, tandis que la conductivité mesure la facilité avec laquelle le courant électrique peut circuler à travers un matériau.
Comment la température affecte-t-elle la conductivité électrique des métaux ?
Dans les métaux, la conductivité électrique diminue généralement à mesure que la température augmente, car les vibrations du réseau dispersent plus efficacement les électrons.
Pourquoi les métaux sont-ils de meilleurs conducteurs que les non-métaux ?
Les métaux ont des électrons libres qui se déplacent facilement à travers la structure du réseau, facilitant ainsi la circulation du courant électrique, alors que les non-métaux sont dépourvus de ces porteurs de charge libres.
Les impuretés peuvent-elles améliorer la conductivité d'un métal ?
En général, les impuretés augmentent la résistivité d'un métal en perturbant la structure régulière du réseau, ce qui rend la circulation des électrons plus difficile.
Quelles sont les applications qui nécessitent des matériaux à haute conductivité électrique ?
Les matériaux à haute conductivité électrique sont essentiels dans le câblage électrique, la transmission d'énergie, les appareils électroniques et les composants tels que les connecteurs et les interrupteurs.
