Conductivité électrique des substances
Dans cet article, nous dévoilerons le sujet de la conductivité électrique, nous rappellerons ce qu'est le courant électrique, comment il est lié à la résistance d'un conducteur et, par conséquent, à sa conductivité électrique. Notons les principales formules de calcul de ces quantités, en abordant le sujet vitesse actuelle et sa relation avec l'intensité du champ électrique. Nous aborderons également la relation entre la résistance électrique et la température.
Pour commencer, rappelons ce qu'est le courant électrique. Si vous placez une substance dans un champ électrique externe, sous l'action des forces de ce champ, le mouvement des porteurs de charge élémentaires - ions ou électrons - commencera dans la substance. Ce sera un choc électrique. Le courant I est mesuré en ampères, et un ampère est le courant auquel une charge égale à un coulomb traverse la section transversale du fil par seconde.
Le courant est continu, alternatif, pulsé.Le courant continu ne change pas d'amplitude et de direction à un instant donné, le courant alternatif change d'amplitude et de direction dans le temps (les générateurs et transformateurs CA donnent exactement du courant alternatif), le courant pulsé change d'amplitude mais ne change pas de direction (par exemple courant alternatif redressé) . les impulsions de courant).
Les substances ont tendance à conduire un courant électrique sous l'action d'un champ électrique, et cette propriété est appelée conductivité électrique, qui est différente pour différentes substances.La conductivité électrique des substances dépend de la concentration de particules chargées libres en elles, c'est-à-dire des ions et des électrons qui ne sont liés ni à la structure cristalline, ni aux molécules, ni aux atomes de la substance donnée. Ainsi, en fonction de la concentration de porteurs de charge libres dans une substance donnée, les substances sont divisées par degré de conductivité électrique en: conducteurs, diélectriques et semi-conducteurs.
Il a la conductivité électrique la plus élevée fils de courant électrique, et par nature physique, les conducteurs dans la nature sont représentés par deux types : les métaux et les électrolytes. Dans les métaux, le courant est dû au mouvement des électrons libres, c'est-à-dire qu'ils ont une conductivité électronique, et dans les électrolytes (dans les solutions d'acides, de sels, de bases) - du mouvement des ions - des parties de molécules qui ont un effet positif et charge négative, c'est-à-dire que la conductivité des électrolytes est ionique. Les vapeurs et les gaz ionisés sont caractérisés par une conductivité mixte, où le courant est dû au mouvement des électrons et des ions.
La théorie des électrons explique parfaitement la conductivité électrique élevée des métaux.La liaison des électrons de valence avec leurs noyaux dans les métaux est faible, de sorte que ces électrons se déplacent librement d'un atome à l'autre dans tout le volume du conducteur.
Il s'avère que les électrons libres dans les métaux remplissent l'espace entre les atomes comme un gaz, un gaz d'électrons, et sont en mouvement chaotique. Mais lorsqu'un fil métallique est introduit dans un champ électrique, les électrons libres vont se déplacer de manière ordonnée, ils vont se diriger vers le pôle positif, créant un courant. Ainsi, le mouvement ordonné des électrons libres dans un conducteur métallique est appelé courant électrique.
On sait que la vitesse de propagation d'un champ électrique dans l'espace est approximativement égale à 300 000 000 m/s, c'est-à-dire la vitesse de la lumière. C'est la même vitesse à laquelle le courant circule dans un fil.
Qu'est-ce que ça veut dire? Cela ne signifie pas que chaque électron dans le métal se déplace à une vitesse aussi énorme, mais les électrons dans un fil, au contraire, ont une vitesse de quelques millimètres par seconde à quelques centimètres par seconde, selon intensité du champ électrique, mais la vitesse de propagation du courant électrique le long d'un fil est exactement égale à la vitesse de la lumière.
Le fait est que chaque électron libre s'avère être dans le flux général d'électrons de ce même "gaz d'électrons", et lors du passage du courant, le champ électrique agit sur tout ce flux, à la suite de quoi les électrons transmettent constamment cette action sur le terrain les uns aux autres - de voisin à voisin.
Mais les électrons se déplacent très lentement vers leur place, malgré le fait que la vitesse de propagation de l'énergie électrique le long du fil est énorme.Ainsi, lorsque l'interrupteur est activé dans la centrale électrique, le courant apparaît immédiatement dans tout le réseau et les électrons restent pratiquement immobiles.
Cependant, lorsque des électrons libres se déplacent le long d'un fil, ils subissent de nombreuses collisions sur leur chemin, ils entrent en collision avec des atomes, des ions, des molécules, leur transférant une partie de leur énergie. L'énergie des électrons en mouvement qui surmontent cette résistance est partiellement dissipée sous forme de chaleur et le conducteur s'échauffe.
Ces collisions servent de résistance au mouvement des électrons, c'est pourquoi la propriété d'un conducteur d'empêcher le mouvement des particules chargées est appelée résistance électrique. Avec une faible résistance du fil, le fil est légèrement chauffé par le courant, avec un courant important - beaucoup plus fort et même au blanc, cet effet est utilisé dans les appareils de chauffage et les lampes à incandescence.
L'unité de changement de résistance est Ohm. La résistance R = 1 ohm est la résistance d'un tel fil, lorsqu'un courant continu de 1 ampère le traverse, la différence de potentiel aux extrémités du fil est de 1 volt. L'étalon de résistance en 1 Ohm est une colonne de mercure de 1063 mm de haut, de section 1 mm² à une température de 0°C.
Étant donné que les fils sont caractérisés par une résistance électrique, on peut dire que dans une certaine mesure, le fil est capable de conduire le courant électrique. A cet égard, une valeur appelée conductivité ou conductivité électrique est introduite. La conductivité électrique est la capacité d'un conducteur à conduire un courant électrique, c'est-à-dire l'inverse de la résistance électrique.
L'unité de conductivité électrique G (conductivité) est Siemens (S) et 1 S = 1 / (1 Ohm). G = 1 / R.
Étant donné que les atomes de différentes substances interfèrent avec le passage du courant électrique à des degrés différents, la résistance électrique de différentes substances est différente. Pour cette raison, le concept a été introduit résistance électrique, dont la valeur « p » caractérise les propriétés conductrices de telle ou telle substance.
La résistance électrique spécifique est mesurée en Ohm * m, c'est-à-dire la résistance d'un cube de substance avec un bord de 1 mètre. De même, la conductivité électrique d'une substance est caractérisée par la conductivité électrique spécifique ?, mesurée en S/m, c'est-à-dire la conductivité d'un cube de substance avec une arête de 1 mètre.
Aujourd'hui, les matériaux conducteurs en électrotechnique sont principalement utilisés sous forme de rubans, de pneus, de fils, avec une certaine section transversale et une certaine longueur, mais pas sous la forme de mètres cubes. Et pour des calculs plus pratiques de la résistance électrique et de la conductivité électrique des fils de tailles spécifiques, des unités de mesure plus acceptables pour la résistance électrique et la conductivité électrique ont été introduites. Ohm * mm2 / m — pour la résistance et Cm * m / mm2 — pour la conductivité électrique.
Maintenant, on peut dire que la résistance électrique et la conductivité électrique caractérisent les propriétés conductrices d'un fil avec une section transversale de 1 mm², 1 mètre de long à une température de 20 ° C, c'est plus pratique.
Les métaux tels que l'or, le cuivre, l'argent, le chrome et l'aluminium ont la meilleure conductivité électrique. L'acier et le fer sont moins conducteurs. Les métaux purs ont toujours une meilleure conductivité électrique que leurs alliages, c'est pourquoi le cuivre pur est préféré en génie électrique.Si vous avez besoin d'une résistance particulièrement élevée, utilisez du tungstène, du nichrome, du constantan.
Connaissant la valeur de la résistance électrique ou de la conductivité électrique spécifique, on peut facilement calculer la résistance ou la conductivité électrique d'un certain fil fait d'un matériau donné, en tenant compte de la longueur l et de la section S de ce fil.
La conductivité électrique et la résistance électrique de tous les matériaux dépendent de la température, car la fréquence et l'amplitude des vibrations thermiques des atomes du réseau cristallin augmentent également avec l'augmentation de la température, la résistance au courant électrique et le flux d'électrons augmentent également en conséquence.
Lorsque la température diminue, au contraire, les vibrations des atomes du réseau cristallin deviennent plus petites, la résistance diminue (la conductivité électrique augmente). Dans certaines substances, la dépendance de la résistance à la température est moins prononcée, dans d'autres, elle est plus forte. Par exemple, des alliages tels que le constantan, le féchral et le manganin changent légèrement de résistance dans une certaine plage de température, c'est pourquoi des résistances thermostables en sont faites.
Coefficient de température de résistance? permet de calculer pour un matériau spécifique l'augmentation de sa résistance à une certaine température et caractérise numériquement l'augmentation relative de la résistance avec une augmentation de la température de 1°C.
Connaissant le coefficient de température de résistance et l'échauffement, il est facile de calculer la résistance d'une substance à une température donnée.
Nous espérons que notre article vous a été utile et maintenant vous pouvez facilement calculer la résistance et la conductivité de n'importe quel fil à n'importe quelle température.