Résistance électrique des fils
Le concept de résistance électrique et de conductivité
Tout corps traversé par un courant électrique lui oppose une certaine résistance. La propriété d'un matériau conducteur d'empêcher un courant électrique de le traverser est appelée résistance électrique.
La théorie électronique explique ainsi la nature de la résistance électrique des conducteurs métalliques. Les électrons libres, lorsqu'ils se déplacent le long d'un fil, rencontrent d'innombrables fois des atomes et d'autres électrons sur leur chemin et, en interagissant avec eux, perdent inévitablement une partie de leur énergie. Les électrons éprouvent de toute façon une résistance à leur mouvement. Différents conducteurs métalliques avec différentes structures atomiques ont une résistance différente au courant électrique.
Exactement la même chose explique la résistance des conducteurs liquides et des gaz au passage du courant électrique. Cependant, il ne faut pas oublier que dans ces substances, ce ne sont pas les électrons, mais les particules chargées des molécules qui rencontrent une résistance lors de leur mouvement.
La résistance est désignée par les lettres latines R ou r.
L'ohm est pris comme unité de résistance électrique.
Ohm est la résistance d'une colonne de mercure de 106,3 cm de haut avec une section de 1 mm2 à une température de 0°C.
Si, par exemple, la résistance électrique du fil est de 4 ohms, alors elle s'écrit comme suit : R = 4 ohms ou r = 4 th.
Pour mesurer des résistances de grande valeur, une unité appelée mégohm est adoptée.
Un mégohm équivaut à un million d'ohms.
Plus la résistance du fil est grande, moins il conduit le courant électrique, et inversement, plus la résistance du fil est faible, plus il est facile pour le courant électrique de traverser ce fil.
Ainsi, pour les caractéristiques d'un conducteur (du point de vue du passage d'un courant électrique à travers lui), on peut prendre en compte non seulement sa résistance, mais aussi la valeur inverse de la résistance et appelée conductivité.
La conductivité électrique est appelée la capacité d'un matériau à faire passer un courant électrique à travers lui-même.
Puisque la conductance est l'inverse de la résistance, elle s'exprime par 1 /R, la conductance est désignée par la lettre latine g.
Influence du matériau du conducteur, de ses dimensions et de la température ambiante sur la valeur de la résistance électrique
La résistance des différents fils dépend du matériau dont ils sont faits. Pour caractériser la résistance électrique de divers matériaux, le concept de la soi-disant Résistance.
Résistance appelée résistance d'un fil d'une longueur de 1 m et d'une section de 1 mm2. La résistance est désignée par la lettre grecque R. Chaque matériau à partir duquel un conducteur est fabriqué a sa propre résistance spécifique.
Par exemple, la résistance du cuivre est de 0,017, c'est-à-dire qu'un fil de cuivre d'une longueur de 1 m et d'une section de 1 mm2 a une résistance de 0,017 ohms. La résistance de l'aluminium est de 0,03, la résistance du fer est de 0,12, la résistance du constantan est de 0,48 et la résistance du nichrome est de 1-1,1.
En savoir plus ici : Qu'est-ce que la résistance électrique ?
La résistance d'un fil est directement proportionnelle à sa longueur, c'est-à-dire que plus le fil est long, plus sa résistance électrique est grande.
La résistance d'un fil est inversement proportionnelle à sa section transversale, c'est-à-dire que plus le fil est épais, plus sa résistance est faible, et inversement, plus le fil est fin, plus sa résistance est élevée.
Pour mieux comprendre cette relation, imaginez deux paires de vaisseaux communicants, une paire de vaisseaux ayant un tube de connexion mince et l'autre un tube épais. Il est clair que lorsque l'un des récipients (chaque paire) est rempli d'eau, son transfert vers un autre récipient à travers un tuyau épais se fera beaucoup plus rapidement qu'à travers un tuyau mince, c'est-à-dire un tuyau épais aura moins de résistance à l'écoulement de l'eau. De même, il est plus facile pour un courant électrique de passer à travers un fil épais qu'à travers un fil fin, c'est-à-dire que le premier a moins de résistance que le second.
La résistance électrique d'un conducteur est égale à la résistance spécifique du matériau à partir duquel ce conducteur est fabriqué, multipliée par la longueur du conducteur et divisée par l'aire de la surface de la section transversale du conducteur:
R = p l / S,
où - R - résistance du fil, ohm, l - longueur du fil en m, C - section transversale du fil, mm2.
Aire de section d'un fil rond calculée par la formule:
S = Pi xd2 / 4
où Pi est une valeur constante égale à 3,14 ; d — diamètre du fil.
Et voici comment la longueur du fil est déterminée:
l = S R / p,
Cette formule permet de déterminer la longueur du fil, sa section et sa résistance, si les autres grandeurs incluses dans la formule sont connues.
S'il est nécessaire de déterminer l'aire de la section transversale du fil, la formule conduit à la forme suivante :
S = p l / R
En transformant la même formule et en résolvant l'égalité en termes de p, nous trouvons la résistance du fil :
R = R S / l
Cette dernière formule doit être utilisée dans les cas où la résistance et les dimensions du conducteur sont connues, mais son matériau est inconnu, et de plus il est difficile à déterminer à partir de son apparence. Pour ce faire, il est nécessaire de déterminer la résistance du fil et, à l'aide du tableau, de trouver un matériau avec une telle résistance.
Un autre facteur qui affecte la résistance des fils est la température.
Il a été établi qu'avec une augmentation de la température, la résistance des fils métalliques augmente et qu'avec une diminution, elle diminue. Cette augmentation ou diminution de la résistance pour les conducteurs en métal pur est presque la même et est en moyenne de 0,4 % par 1 °C... La résistance des conducteurs liquides et du charbon diminue avec l'augmentation de la température.
La théorie électronique de la structure de la matière donne l'explication suivante pour l'augmentation de la résistance des conducteurs métalliques avec l'augmentation de la température.Lorsqu'il est chauffé, le conducteur reçoit de l'énergie thermique, qui est inévitablement transmise à tous les atomes de la substance, ce qui augmente l'intensité de leur mouvement. Le mouvement accru des atomes crée une plus grande résistance au mouvement dirigé des électrons libres, c'est pourquoi la résistance du conducteur augmente. Lorsque la température diminue, de meilleures conditions sont créées pour le mouvement directionnel des électrons et la résistance du conducteur diminue. Cela explique un phénomène intéressant — la supraconductivité des métaux.
SupraconductivitéLa réduction de la résistance des métaux à zéro se produit à une température négative énorme -273° ° Ce qu'on appelle le zéro absolu. À une température de zéro absolu, les atomes métalliques semblent se figer sur place, complètement non perturbés par le mouvement des électrons.