Qu'est-ce qu'un conducteur électrique

Qu'est-ce qu'un conducteur électrique?

Définition d'un conducteur électrique

Un conducteur électrique est défini comme un matériau qui permet le flux facile de charge électrique principalement en raison du mouvement des électrons.

Un conducteur électrique est défini comme un objet ou un type de matériau qui permet le flux de charge dans une ou plusieurs directions. Les matériaux métalliques sont des conducteurs électriques courants, car les métaux ont une conductance élevée et une faible résistance.

Les conducteurs électriques permettent aux électrons de se déplacer entre les atomes à une vitesse de dérive dans la bande de conduction, un niveau d'énergie spécifique qui soutient le mouvement libre des électrons. Ces conducteurs sont composés d'atomes avec des électrons de valence faiblement liés que l'effet électrique ou thermique peut facilement exciter. La transition d'un électron de la bande de valence à la bande de conduction laisse derrière elle un trou positif, qui contribue également au mouvement de charge.

Les conducteurs électriques peuvent être des métaux, des alliages métalliques, des électrolytes ou certains non-métaux comme le graphite et les polymères conducteurs. Ces matériaux permettent à l'électricité (c'est-à-dire le flux de charge) de passer à travers eux facilement.

Conducteur conduit le courant

Le courant dans un conducteur représente le taux auquel la charge s'écoule à travers sa section transversale, proportionnel directement à la fois au champ électrique et à la conductance du conducteur. Ce champ électrique provient d'une différence de potentiel à travers le conducteur, tandis que la conductance quantifie la facilité avec laquelle le matériau permet le flux de charge.

Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée à travers un conducteur, les électrons dans la bande de conduction gagnent de l'énergie et commencent à dériver du terminal négatif vers le terminal positif de la source de tension. La direction du courant est opposée à la direction du flux d'électrons, car le courant est défini comme le flux de charge positive. Les électrons entrent en collision avec des atomes et d'autres électrons dans le conducteur, ce qui provoque une résistance et une génération de chaleur. La résistance est une mesure de la manière dont le matériau s'oppose au flux de charge à travers lui.

Le courant dans un conducteur dépend de plusieurs facteurs, tels que:

• La différence de potentiel à travers le conducteur

• La longueur et la section transversale du conducteur

• La température et la composition du matériau

• La présence d'impuretés ou de défauts dans le matériau

Propriétés des conducteurs électriques

• Ils ont une conductance élevée et une faible résistance

• Ils ont de nombreux électrons libres dans leur bande de conduction

• Ils n'ont pas de gap d'énergie entre leur bande de valence et leur bande de conduction

• Ils ont des liaisons métalliques qui forment un réseau d'ions positifs entourés par un nuage d'électrons

• Ils n'ont pas de champs électriques et de densité de charge à l'intérieur d'eux

• Ils ont des charges libres uniquement sur leur surface

• Ils ont un champ électrique perpendiculaire à leur surface

Types de conducteurs

Conducteurs ohmiques

Les conducteurs ohmiques sont des matériaux qui suivent la loi d'Ohm pour toute différence de potentiel et température. Ils ont une relation linéaire entre la tension et le courant, ce qui signifie que leur résistance est constante. La plupart des métaux sont des conducteurs ohmiques dans des conditions normales.

Conducteurs non-ohmiques

Les conducteurs non-ohmiques sont des matériaux qui ne suivent pas la loi d'Ohm pour toute différence de potentiel ou température. Ils ont une relation non-linéaire entre la tension et le courant, ce qui signifie que leur résistance varie avec la tension appliquée. Les conducteurs non-ohmiques peuvent présenter une résistance négative, où le courant diminue lorsque la tension augmente, ou une résistance positive, où le courant augmente lorsque la tension augmente, mais pas proportionnellement. Certains conducteurs non-ohmiques peuvent également avoir une tension seuil, en dessous de laquelle aucun courant ne s'écoule.

Conducteurs solides

Les conducteurs solides sont des matériaux qui ont une forme et un volume fixes. Ils peuvent être divisés en conducteurs métalliques et non-métalliques.

• Conducteurs métalliques: Ce sont des métaux ou des alliages métalliques qui ont une haute conductivité et une faible résistivité. Ils ont une structure de réseau d'ions positifs entourés par une mer d'électrons libres. Quelques exemples de conducteurs métalliques sont l'argent, le cuivre, l'or, l'aluminium, le fer, le laiton, le bronze, etc.

• Conducteurs non-métalliques: Ce sont des non-métaux qui ont quelques électrons ou ions libres dans leur structure. Ils ont une conductivité plus faible et une résistivité plus élevée que les métaux. Quelques exemples de conducteurs non-métalliques sont le graphite, les nanotubes de carbone, le graphène, etc.

Conducteurs liquides

• Conducteurs liquides: sont des matériaux qui n'ont pas de forme fixe mais un volume fixe. Ils peuvent être divisés en conducteurs métalliques et non-métalliques.

• Conducteurs métalliques: Ce sont des métaux qui sont dans un état liquide à température ambiante ou lorsqu'ils sont chauffés. Ils ont une haute conductivité et une faible résistivité. Ils ont une structure similaire aux métaux solides mais avec plus d'espacement interatomique et de mobilité. Un exemple de conducteur liquide métallique est le mercure.

• Conducteurs non-métalliques: Ce sont des liquides qui contiennent des ions ou des molécules dissous qui peuvent porter une charge. Ils ont une conductivité plus faible et une résistivité plus élevée que les métaux. Ils ont une structure de solutés polaires ou ioniques dans un solvant. Quelques exemples de conducteurs liquides non-métalliques sont l'eau salée, les solutions acides, les électrolytes, etc.

Facteurs affectant la conductivité des conducteurs électriques

La conductivité d'un conducteur électrique dépend de plusieurs facteurs, tels que:

• Le type et le nombre de porteurs de charge libres: Plus il y a d'électrons ou d'ions libres dans un matériau, plus sa conductivité est élevée et sa résistivité est faible.

• La taille et la forme du conducteur: Plus le conducteur est long et mince, plus sa conductivité est faible et sa résistivité est élevée.

• La température du conducteur: Plus la température d'un conducteur est élevée, plus sa conductivité est faible et sa résistivité est élevée. Cela est dû à l'agitation thermique des atomes et des électrons qui augmente les collisions et réduit la mobilité des porteurs de charge.

• La présence d'impuretés ou de défauts dans le conducteur: Plus il y a d'impuretés ou de défauts dans un conducteur, plus sa conductivité est faible et sa résistivité est élevée. Cela est dû au fait que les impuretés ou les défauts agissent comme des centres de diffusion pour les porteurs de charge et réduisent leur chemin libre moyen.

• La fréquence du champ électrique appliqué: Plus la fréquence du champ électrique appliqué est élevée, plus la conductivité est faible et la réactance du conducteur est élevée. Cela est dû au fait qu'à haute fréquence, les porteurs de charge ne peuvent pas suivre les changements rapides du champ électrique et créent un champ magnétique opposé.

Applications des conducteurs électriques

Les conducteurs électriques sont utilisés dans un large spectre de domaines scientifiques et d'ingénierie. Quelques applications notables incluent:

• Fils électriques: Les fils électriques sont fabriqués à partir de conducteurs en cuivre ou en aluminium qui transportent le courant électrique des sources de puissance aux charges. Ils sont revêtus de matériaux isolants pour prévenir les courts-circuits et les chocs électriques.

• Circuits électriques: Les circuits électriques sont des réseaux de composants électriques qui effectuent des fonctions spécifiques en utilisant le courant électrique. Ils sont fabriqués à partir de divers types de conducteurs, tels que des fils, des résistances, des condensateurs, des inductances, des diodes, des transistors, etc.

• Machines électriques: Les machines électriques sont des appareils qui convertissent l'énergie électrique en énergie mécanique ou vice versa en utilisant le courant électrique et les champs magnétiques. Elles sont fabriquées à partir de divers types de conducteurs, tels que des bobines, des enroulements, des rotors, des stators, des armatures, etc.

• Capteurs électriques: Les capteurs électriques sont des appareils qui détectent des grandeurs physiques telles que la température, la pression, la lumière, le son, etc., et les convertissent en signaux électriques. Ils sont fabriqués à partir de divers types de conducteurs, tels que des électrodes, des fils, des bobines, des résistances, des condensateurs, etc. Quelques exemples de capteurs électriques sont les thermocouples, les photodiodes, les LDR, les capteurs piézoélectriques, etc.

Conclusion

Les conducteurs électriques sont des matériaux essentiels pour de nombreuses applications impliquant le courant électrique et les champs électriques. Ils ont différents types, propriétés et facteurs qui affectent leur conductivité. Ils sont également utilisés pour fabriquer divers types de capteurs électriques qui peuvent détecter et mesurer des phénomènes physiques. Les conducteurs électriques évoluent constamment avec de nouvelles technologies et innovations pour répondre aux besoins de divers secteurs et domaines.