Conducteurs électriques : Définition, types et propriétés

Un conducteur électrique est un matériau qui permet à la charge électrique de circuler à travers lui avec peu de résistance. Les conducteurs électriques sont généralement des métaux tels que le cuivre, l'argent, l'or, l'aluminium et le fer. Ils ont de nombreux électrons libres qui peuvent se déplacer facilement lorsqu'un champ électrique est appliqué. Les conducteurs électriques sont utilisés pour fabriquer des fils, des câbles, des circuits et d'autres dispositifs qui transportent du courant électrique.

Qu'est-ce qu'un conducteur électrique ?

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 grande conductance et une faible résistance.

Les conducteurs électriques permettent aux électrons de circuler entre les atomes de ce matériau avec une vitesse de dérive dans la bande de conduction. La bande de conduction est le niveau d'énergie où les électrons peuvent se déplacer librement à l'intérieur du matériau. Le conducteur est formé d' atomes qui ont des électrons de valence faiblement liés qui peuvent être excités par un champ électrique ou un effet thermique. Lorsqu'un électron passe de la bande de valence à la bande de conduction, il laisse derrière lui un trou positif qui peut également transporter une charge.

Les conducteurs électriques peuvent être des métaux, des alliages de métaux, 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.

Comment un conducteur conduit-il le courant ?

Le courant dans un conducteur est le taux de flux de charge à travers une section transversale du conducteur. Le courant est proportionnel au champ électrique et à la conductance du matériau. Le champ électrique est créé par une différence de potentiel ou un voltage à travers le conducteur. La conductance est une mesure de la facilité avec laquelle le matériau permet à la charge de circuler à travers lui.

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 cause de la résistance et de la production de chaleur. La résistance est une mesure de la façon 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

Quelles sont les propriétés des conducteurs électriques ?

Certaines des principales propriétés des conducteurs électriques sont :

• Ils ont une grande conductance 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 champ électrique ni de densité de charge à l'intérieur d'eux

• Ils n'ont que des charges libres sur leur surface

• Ils ont un champ électrique perpendiculaire à leur surface

Quels sont les types de conducteurs électriques ?

Les conducteurs électriques peuvent être classés en fonction de leur réponse ohmique, c'est-à-dire la façon dont ils obéissent à la loi d'Ohm. La loi d'Ohm stipule que le courant dans un conducteur est directement proportionnel à la différence de potentiel à travers lui et inversement proportionnel à sa résistance.

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 le voltage et le courant, ce qui signifie que leur résistance est constante. La plupart des métaux sont des conducteurs ohmiques dans des conditions normales.

Exemples : Argent, cuivre, aluminium, fer, etc.

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 le voltage et le courant, ce qui signifie que leur résistance varie avec le voltage appliqué. Les conducteurs non-ohmiques peuvent présenter une résistance négative, où le courant diminue lorsque le voltage augmente, ou une résistance positive, où le courant augmente lorsque le voltage augmente, mais pas proportionnellement. Certains conducteurs non-ohmiques peuvent également avoir un seuil de voltage, en dessous duquel aucun courant ne circule.

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 de métaux qui ont une grande 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