La conductivité électrique : tout savoir

Adeline M

La conductivité électrique définit la capacité d’un matériau ou d’une solution d’électrolytes à laisser passer le courant électrique. Il existe un grand nombre de matériaux capables de conductivité électrique, la plupart sont de très bons conducteurs et sont utilisés dans de multiples domaines. Grâce aux explications suivantes, découvrez tout ce qu’il faut savoir sur la conductivité électrique et les meilleurs conducteurs disponibles.

Qu’est-ce que la conductivité électrique ?

Définition

La conductivité électrique est un phénomène physique qui consiste à laisser passer librement les charges électriques dans un corps, solide ou liquide. Il s’oppose à la résistivité, qui ralentit le courant en lui résistant.

Les capacités de conductivité électrique sont propres à chaque matériau. Certains laissent mieux passer le courant électrique que d’autres, ils sont alors considérés comme de très bons, voire d’excellents conducteurs.

Qu’est-ce que la conductivité électrique

Mesure et unité

La conductivité électrique est définie en siemens par mètre (S.m-1). Il s’agit du rapport de la densité de courant par l’amplitude du champ électrique. On mesure la conductivité électrique avec un conductimètre.

La conductivité électrique est désignée par la lettre sigma : σ. D’un type de matériau à un autre, la conductivité électrique peut aller de 108 S.m-1 à 10-22 S.m-1. Plus elle est élevée, plus le courant est libre de passer et plus elle est intéressante.

Loi sur la conductivité électrique

C’est la loi de Nernst-Einstein qui permet un calcul précis de la conductivité électrique d’un matériau, qu’il soit sous forme liquide ou solide. La formule de la conductivité est la suivante :

$\sigma = \frac$

Pour estimer la conductivité électrique, il faut donc se renseigner sur :

- D : le coefficient de diffusion du matériau

- z : le nombre de charges portées par le matériau

- e : la charge élémentaire

- c : la concentration du matériau

- k : la constante de Boltzmann (environ égale à 1,3806 × 10-23 J.K-1)

- T : la température absolue

Les matériaux capables de conduire le courant

Les métaux

De nombreux métaux offrent une bonne conductivité électrique. Plus leur capacité à conduire l’électricité est élevée, plus ils sont intéressants et privilégiés dans l’industrie. Parmi les meilleurs métaux conducteurs d’électricité, on trouve :

Le cuivre
L’argent
L’aluminium
L’or
Le mercure

Dans les métaux cités, les porteurs de charges permettant la conductivité électrique sont des électrons libres. Ces derniers circulent librement et de façon désordonnée à l’intérieur du métal. Ce déplacement non contrôlé est un phénomène naturel.

Les solutions liquides et solides d’électrolytes

Une solution d’électrolytes contient des ions mobiles qui facilitent le déplacement du courant, et donc la conductivité électrique. Parmi ces solutions, solides ou liquides, on peut citer :

L’acide sulfurique
Le sulfate de cuivre, de zinc ou encore de nickel
La cryolite, une solution solide
L’hydroxyde de potassium
L’eau salée

Ils sont surtout utilisés dans le domaine de la chimie. Il faut savoir que le sang est aussi un conducteur électrique. C’est pour cette raison qu’il conduit le courant dans le corps en cas d’électrisation.

Les semi-conducteurs

Certains matériaux sont des semi-conducteurs. Cela signifie qu’ils ont une bonne conductivité électrique tout en ayant une certaine capacité de résistivité. Pour eux, la conductivité électrique dépend de conditions particulières, telles que la température ou encore l’exposition lumineuse.

Les domaines d’utilisation des matériaux conducteurs

Les matériaux les plus utilisés

Les matériaux ayant une très bonne conductivité électrique (la conduction électrique) sont les plus privilégiés. Grâce à eux, le courant circule rapidement. Parmi les plus employés, on trouve :

Le cuivre
L’or
L’argent
L’aluminium

On les trouve dans la plupart des câbles électriques ou des composants.

Les raisons de préférer ces matériaux

La raison de préférer ces matériaux à d’autres est simple : plus ils sont bons conducteurs, plus le courant qui circule à l’intérieur sera rapide pour aller d’un point A à un point B. Ainsi, dans le domaine de la distribution d’électricité, les matériaux ayant une excellente conductivité électrique sont privilégiés afin de répondre rapidement aux besoins.

Certains matériaux sont plus employés que d’autres, la préférence repose sur de nombreux critères, comme :

La capacité à diffuser l’électricité
L’épaisseur
La masse

Par exemple, un fil d’aluminium a une conductivité électrique inférieure au cuivre. En sachant cela, on pourrait croire que le cuivre est privilégié pour les installations électriques. Cependant, l’aluminium est bien plus léger, environ 2 fois plus que le cuivre. Cette masse réduite permet une diffusion de l’électricité sur de plus longues distances. Voilà pourquoi pour les lignes à haute tension, les conducteurs en aluminium sont plus employés que ceux en cuivre, plus lourds.

Les domaines d’utilisation

Les domaines d’utilisation de ces conducteurs électriques sont vastes. Ils sont par exemple utilisés pour former les câbles électriques des lignes à haute tension, mais aussi moyenne et basse tension. À la maison, ils sont choisis pour constituer tous les fils de l’installation électrique, ainsi que les câbles d’alimentation des différents appareils électriques.

Les lignes électriques servant à alimenter le réseau sont également composées de ces matériaux qui offrent une excellente conductivité électrique. Ils permettent ainsi de diffuser l’électricité rapidement et sur de vastes distances.

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Vous savez désormais ce qu’il faut savoir sur la conductivité électrique. Principe, mesure, meilleurs matériaux existants, ces informations sont essentielles pour bien comprendre ce phénomène.

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