Matériaux à faible résistivité et à haute conductivité : un aperçu

Un matériau à faible résistivité ou à haute conductivité est défini comme un matériau qui permet le passage facile du courant électrique. Ces matériaux sont très utiles en génie électrique pour la fabrication de machines, d'équipements et d'appareils électriques. Ils sont également utilisés comme conducteurs pour tous types de enroulements nécessaires dans les machines, appareils et dispositifs électriques. De plus, ils sont utilisés comme conducteurs pour la transmission et la distribution d'énergie électrique.

Propriétés des matériaux à faible résistivité ou à haute conductivité

Les propriétés suivantes sont souhaitables dans les matériaux à faible résistivité ou à haute conductivité :

• Conductivité maximale possible (idéalement nulle). Cela signifie que le matériau offre une résistance minimale au courant électrique, ce qui minimise la perte de puissance et la génération de chaleur.

• Coefficient de température de résistance minimal possible (idéalement nul). Cela signifie que la résistance du matériau ne change pas significativement avec la température, ce qui maintient une performance stable sur une large gamme de températures.

• Point de fusion élevé. Cela signifie que le matériau peut supporter des températures élevées sans perdre sa forme ou sa conductivité.

• Résistance mécanique élevée. Cela signifie que le matériau peut résister à la déformation, à la fracture ou à l'usure sous stress ou charge mécanique.

• Ductilité élevée. Cela signifie que le matériau peut être tiré en fils ou en autres formes sans se casser ou se fissurer.

• Résistance élevée à la corrosion (libre d'oxydation). Cela signifie que le matériau ne réagit pas avec l'oxygène ou d'autres substances dans l'environnement, ce qui préserve sa conductivité et son apparence.

• Soudabilité. Cela signifie que le matériau peut être soudé facilement pour joindre les conducteurs ou fixer d'autres composants.

• Coût bas. Cela signifie que le matériau est abordable et largement disponible.

• Longue durée de vie ou durabilité. Cela signifie que le matériau ne se dégrade pas ou ne se détériore pas avec le temps, ce qui maintient sa qualité et sa performance.

• Flexibilité élevée. Cela signifie que le matériau peut se plier ou se tordre sans se casser ou perdre sa conductivité.

Ces propriétés varient selon l'utilisation pour laquelle le matériau est destiné. Par exemple, certaines applications peuvent nécessiter une conductivité plus élevée que d'autres, tandis que d'autres peuvent nécessiter une résistance mécanique plus élevée que d'autres.

Facteurs influençant la résistivité ou la conductivité des matériaux

La résistivité ou la conductivité d'un matériau dépend de plusieurs facteurs, tels que :

• Type de matériau. Les différents matériaux ont des structures atomiques et des configurations électroniques différentes, ce qui affecte la facilité avec laquelle les électrons peuvent se déplacer à travers eux. Généralement, les métaux ont une résistivité plus faible que les non-métaux car les métaux ont des électrons libres qui peuvent transporter le courant électrique, tandis que les non-métaux ont des électrons fortement liés qui résistent au courant électrique.

• Pureté du matériau. Toute impureté, qu'elle soit métallique ou non, augmente la résistivité des métaux. Même une impureté de faible résistivité augmentera la résistivité du métal. La raison en est que l'ajout d'une légère impureté crée des imperfections dans le réseau cristallin, ce qui perturbe le flux d'électrons à travers les métaux. Par conséquent, les métaux purs ont une résistivité plus faible que les alliages ou les composés.

• Température du matériau. La résistivité de la plupart des matériaux augmente avec la température car une température plus élevée provoque plus de vibrations dans les atomes, ce qui interfère avec le mouvement des électrons. Cependant, certains matériaux, tels que les semi-conducteurs, ont une résistivité plus faible à des températures plus élevées car une température plus élevée augmente le nombre d'électrons libres disponibles pour la conduction.

• Forme et taille du matériau. La résistivité d'un matériau est une propriété intrinsèque qui ne dépend pas de sa forme et de sa taille. Cependant, la résistance d'un conducteur dépend de sa forme et de sa taille car la résistance est proportionnelle à la longueur et inversement proportionnelle à la section transversale. Ainsi, les conducteurs plus longs et plus fins ont une résistance plus élevée que les conducteurs plus courts et plus épais.

Exemples de matériaux à faible résistivité ou à haute conductivité

Voici quelques exemples de matériaux à faible résistivité ou à haute conductivité :

Argent (Ag)

L'argent est le meilleur conducteur d'électricité parmi tous les métaux. Il a la conductivité la plus élevée et la résistivité la plus faible parmi tous les matériaux à température ambiante. Il est également malléable, soudable, ductile, résistant à la corrosion et soudable. Le principal inconvénient de l'argent est qu'il est très coûteux, ce qui limite son utilisation pratique dans les machines et équipements électriques. Cependant, il est toujours utilisé dans des équipements précieux utilisés pour la recherche où le coût n'est pas un problème.

Propriétés :

• Résistivité : 1,58 µΩ-cm

• Coefficient de température de résistance à 20°C : 0,0038/°C

• Point de fusion : 962°C

• Masse volumique : 10,49 g/cm³

Cuivre (Cu)

Le cuivre est le matériau à haute conductivité le plus largement utilisé comme conducteur pour les machines et équipements électriques. Il a une excellente malléabilité, soudabilité, soudabilité, ductilité, résistance à la corrosion et flexibilité. Le cuivre pur a une bonne conductivité, mais la conductivité du cuivre de grade standard est réduite en raison de la présence d'impuretés.

Propriétés :

• Résistivité : 1,68 µΩ-cm

• Coefficient de température de résistance à 20°C : 0,00386/°C

• Point de fusion : 1085°C

• Masse volumique : 8,96 g/cm³

Or (Au)

L'or est un métal précieux et coûteux qui a une bonne conductivité. L'or a la malléabilité et la ductilité les plus élevées parmi tous les métaux et peut être tiré en fils très fins sans se casser. L'or est également résistant à la corrosion et soudable. En raison de son coût élevé, son utilisation pratique est limitée aux instruments précieux utilisés pour la recherche ou la décoration.

Propriétés :