La conductivité électrique est une grandeur physique qui décrit dans quelle mesure une substance permet le conduit le courant électrique. La conductivité électrique (sigma σ) mesure la capacité d'un matériau à permettre le passage du courant électrique à travers lui et est inversement proportionnelle à la résistance électrique du matériau.
Dans le Système international d'unités (SI), l'unité de mesure de la conductivité électrique est S / m (Siemens par mètre) ou Ω −1 · m −1 .
La conductivité électrique dépend de la structure atomique et moléculaire du matériau. De plus, la conductivité est liée à la capacité des particules chargées (électrons, ions positifs ou négatifs) contenues dans ce milieu à se déplacer assez librement.
Selon la loi d'Ohm, dans une substance linéaire isotrope, la conductivité est le coefficient de proportionnalité entre la densité du courant résultant et l'amplitude du champ électrique dans le milieu.
La conductivité électrique est l'inverse de la résistance électrique. Elle représente le rapport de la densité de courant par l'intensité du champ électrique. C'est l'inverse du champ électrique.
Pourquoi les métaux conduisent-ils l'électricité ?
Les métaux sont de bons conducteurs électriques car les électrons sont délocalisés autour des noyaux chargés positivement. La liaison métallique explique de nombreuses propriétés des métaux. Dans les métaux, les porteurs de charges sont les électrons qui sont libres de se déplacer.
La conductivité dépend également de sa composition chimique et d'autres facteurs physiques du matériau lui-même, tels que la température, la longueur et la section transversale.
Tous les matériaux ont des particules positives appelées protons et des particules négatives appelées électrons dans leurs atomes. Tous les métaux ont une structure atomique si stable que les électrons sont libres de se déplacer en douceur à travers la section transversale lorsque l'électricité entre en contact avec ce matériau.
Les métaux conduisent l'électricité car ils sont constitués d'un amas de noyaux chargés positivement entre lesquels les électrons se déplacent librement. Les métaux purs ont tendance à fournir la meilleure conductivité. Dans la plupart des métaux, l'existence d'impuretés restreint le flux d'électrons.
Ce nuage d'électrons libres n'appartient pas à des atomes individuels mais à tous. Ce modèle explique pourquoi les métaux conduisent l'électricité.
Pourquoi les isolants ne sont-ils pas de bons conducteurs électriques ?
La faible conductivité électrique des isolants et des semi-conducteurs est due aux propriétés de la bande de valence dans laquelle les électrons ne peuvent pas se déplacer.
Dans les isolants électriques, le nombre d'électrons est le même que le nombre d'états disponibles dans la bande de valence. Dans la bande interdite, il n'y a pas d'états électroniques disponibles. Lorsqu'un champ électrique est appliqué, les électrons ne peuvent pas augmenter leur vitesse car il n'y a pas d'états disponibles où ils peuvent se déplacer plus rapidement qu'ils ne le font déjà.
Les composés avec des liaisons covalentes ne conduisent pas l'électricité car ils n'ont pas de particules chargées capables de transporter des électrons. La théorie de Lewis tient également compte de la longueur des liaisons ; plus la liaison est robuste et plus il y a d'électrons partagés, plus la longueur de la liaison est courte.
Conductivité électrique et porteurs de courant
La conductivité électrique de toutes les substances est associée à la présence de porteurs de courant. Les porteurs de courant sont des charges électriques en mouvement (électrons, ions) ou des quasi-particules. Les transporteurs peuvent se déplacer dans une substance sur une longue distance.
Cela signifie qu'une telle particule ou quasi particule devrait être capable de voyager dans une substance donnée à une distance infiniment grande. Cependant, dans certains cas exceptionnels, les porteurs peuvent changer, naître et disparaître, et se remplacer.
Exemples de conductivité électrique spécifique de certaines substances
En génie électrique, il est crucial de connaître la conductivité électrique spécifique de chaque matériau. Parmi les meilleurs conducteurs d'électricité, on trouve le cuivre, l'argent, l'aluminium, l'or et le mercure.
L'argent et le cuivre ont une conductivité électrique élevée étant l'argent qui a la conductivité la plus élevée. L'argent définit la conductivité - tous les autres métaux sont comparés à lui.
La conductivité spécifique est donnée à une température de +20°C :
|
Substance |
S / m |
|
argent |
62 500 000 |
|
cuivre |
59 500 000 |
|
ou alors |
45 500 000 |
|
aluminium |
38 000 000 |
|
rendre pur |
10 000 000 |
|
croyez |
8.330.000 |
|
acier moulé |
7 690 000 |
|
Mercure |
1.040.000 |
|
graphite |
125 000 |
|
eau de mer |
3 |
|
eau pure. |
10 -4 |
|
verre |
10 −11 |