Résistance des alliages
Il existe de nombreux métaux et de nombreux autres alliages de plusieurs métaux.
Les premiers alliages artificiels issus d'expériences métallurgiques humaines ont été créés (sur la base de vestiges archéologiques) d'environ 3000 à 2500 avant notre ère.
Il s'agit principalement de bronze car les métaux qui le composent (cuivre et étain) sont présents (en abondance) à l'état natif et ne nécessitent pas d'extraction du minerai.
L'or et l'argent sont des métaux abondants dans la nature et pour cette raison ils sont connus dès le 5ème millénaire avant JC, ils sont donc aussi très souvent mélangés, notamment pour changer la couleur ou la dureté de l'or.
En théorie, il existe une infinité d'alliages. Le processus de base est simple : chauffez simplement deux métaux ou plus jusqu'à ce qu'ils atteignent le point de fusion approprié, puis mélangez-les selon les dosages corrects et commencez à les refroidir.
Ainsi, il suffit de modifier même légèrement le dosage des ingrédients pour créer un nouvel alliage aux propriétés uniques.De plus, les conditions de production du nouvel alliage sont également cruciales : il suffit, par exemple, de modifier le point de fusion, les conditions de cuisson ou encore le temps de refroidissement.
La dépendance de la résistance des alliages à leur composition a un caractère très différent. Dans certains cas, l'alliage est une collection de très petits cristaux des deux métaux qui composent l'alliage. Chaque métal cristallise indépendamment les uns des autres, après quoi leurs cristaux sont mélangés de manière uniforme et plutôt aléatoire dans l'alliage.
Il s'agit du plomb, de l'étain, du zinc et du cadmium, qui ne se mélangent d'aucune façon. La résistance de tels alliages à différentes concentrations se situe entre les valeurs extrêmes de la résistance des métaux purs, c'est-à-dire qu'elle est toujours inférieure au plus grand d'entre eux et supérieure au plus petit.
Détails de la résistance du métal : Ce qui détermine la résistance d'un conducteur
Autre article utile : Propriétés fondamentales des métaux et alliages
La figure ci-dessous montre graphiquement la dépendance de la résistivité d'un alliage zinc-étain sur la concentration volumique des deux métaux.
L'abscisse indique les volumes d'étain en pourcentage du volume unitaire d'alliage, c'est-à-dire l'abscisse 60 signifie qu'une unité de volume d'alliage contient 0,6 volume d'étain et 0,4 volume de zinc. L'ordonnée montre les valeurs de résistivité de l'alliage multipliées par 106.
Puisque les métaux purs coefficients de température de résistance sont des grandeurs du même ordre proches du coefficient de dilatation des gaz, il est évident que les alliages du groupe considéré ont des coefficients du même ordre.
Dans de nombreux autres cas, les alliages des deux métaux sont une masse homogène composée de petits cristaux composés d'atomes des deux métaux.
Parfois, de tels cristaux mixtes peuvent être formés à partir d'atomes des deux métaux dans n'importe quel rapport, parfois de telles formations ne sont possibles que dans certaines zones de concentration.
En dehors de ces régions, les alliages sont semblables à ceux du premier groupe que nous venons de considérer, sauf qu'ils sont un mélange de cristaux de métal pur et de cristaux d'un type mixte composé d'atomes des deux types.
La résistivité des alliages de ce type est généralement supérieure à la résistivité des deux métaux.
La figure ci-dessous montre graphiquement la dépendance à la concentration de la résistivité d'un alliage d'or et d'argent formant des cristaux mixtes à chaque concentration. La méthode de construction de la courbe est la même que la courbe de la figure précédente.
La résistance de l'argent pur sur le graphique est de 1,5 * 10-6, de l'or pur 2,0 * 10-8... En alliant des volumes égaux des deux métaux (50%), on obtient un alliage avec une résistance de 10,4 * 10- 6.
Les coefficients de température de résistance pour les alliages de ce groupe sont généralement inférieurs à ceux de chacun des métaux qui composent l'alliage.
La figure ci-dessous montre graphiquement la dépendance du coefficient de température d'un alliage d'or et d'argent sur la concentration d'or.
Dans la gamme de concentrations de 15% à 75%, le coefficient de température de résistance ne dépasse pas le quart du même coefficient des métaux purs.
Certains alliages de trois métaux ont une importance technique.
Le premier de ces alliages, le manganin, lorsqu'il est correctement traité, a un coefficient de température de zéro, de sorte que le fil de manganin est utilisé pour fabriquer des chargeurs de résistance de précision.
Un alliage de nickel, de chrome, avec des ajouts de manganèse, de silicium, de fer, d'aluminium (nichrome) est le matériau le plus courant pour la fabrication de divers éléments chauffants.
Plus de détails sur ce type d'alliages : Nichromes : variétés, composition, propriétés et caractéristiques
Les alliages restants (constantan, nickeline, maillechort) sont utilisés pour la fabrication de rhéostats régulateurs car ils ont une résistance considérable et sont relativement peu oxydés à l'air à ces températures assez élevées que présentent souvent les fils de rhéostat.
Pour plus de détails sur les alliages ternaires les plus couramment utilisés dans l'industrie électrique, voir ici :Matériaux à haute résistance, alliages à haute résistance
Il est préférable de rechercher les valeurs de résistance spécifiques de divers alliages dans des ouvrages de référence spéciaux ou de les déterminer expérimentalement, car elles peuvent varier considérablement.
A titre d'exemple, nous donnons les valeurs de résistance électrique et de conductivité thermique des alliages Mg-Al et Mg-Zn :
Dans ce travail, la résistivité électrique et la conductivité thermique des alliages binaires Mg — Al et Mg — Zn sont étudiées dans la plage de température de 298 K à 448 K et la relation entre la conductivité électrique correspondante et la conductivité thermique des alliages est analysée.
Voir également: Les matériaux conducteurs les plus courants dans les installations électriques