Conductivité électrique - Définition et Explications

La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau à laisser les charges électriques se déplacer librement, autrement dit à permettre le passage du courant électrique.

Principe physique

La conductivité électrique est l'inverse (En mathématiques, l'inverse d'un élément x d'un ensemble muni d'une loi de composition interne · notée multiplicativement, est un élément y tel que x·y = y·x = 1, si 1...) de la résistivité. Elle correspond à la conductance d'une portion de matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée en raison de propriétés...) de 1 m de longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus éloignées. Lorsque l’objet est filiforme ou en forme de lacet,...) et de 1 m² de section.

Parmi les meilleurs conducteurs, il y a les métaux pour lesquels les porteurs de charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement transporté par un moyen de transport donné, et qui donne lieu à un paiement ou un bénéfice non pécuniaire pour être...) sont les " électrons libres " et, les solutions d'électrolytes (ayant des ions en solution). Pour ces dernières, la valeur de la conductivité dépend de la nature des ions présents dans la solution et de leurs concentrations^[1]. La conductivité d'une solution peut être mesurée à l'aide d'un conductimètre (Un conductimètre, ou conductivimètre, est un appareil permettant de mesurer une propriété de conductivité.).

Certains matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets.), comme les semi-conducteurs, ont une conductivité qui dépend d'autres conditions physiques, comme la température (La température est une grandeur physique mesurée à l'aide d'un thermomètre et étudiée en thermométrie. Dans la vie courante, elle est reliée aux...) ou l'exposition à la lumière (La lumière est l'ensemble des ondes électromagnétiques visibles par l'œil humain, c'est-à-dire comprises dans des longueurs...), etc. Ces propriétés sont de plus en plus mise à profit pour réaliser des capteurs (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation...).

Unité

Son unité dans le Système international d'unités (SI) est le siemens par mètre (Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international (SI). Il est défini, depuis 1983, comme la distance parcourue par la lumière dans le vide...) (A²s³m^-3kg^-1). C'est le rapport de la densité de courant (La densité de courant électrique est définie comme le courant électrique par unité de surface (figure). Mathématiquement, le courant et la densité de courant sont liés par la relation :) par l'intensité du champ électrique (Dans le cadre de l'électromagnétisme, le champ électrique est un objet physique qui permet de définir et éventuellement de mesurer en tout point de l'espace l'influence exercée à distance par des particules chargées électriquement.). C'est l'inverse de celle de la résistivité.

Le symbole généralement utilisé pour désigner la conductivité est la lettre grecque sigma : σ.

Selon les matériaux, σ varie de 10⁸ S.m^-1 à 10^-22 S.m^-1.

Expression

La loi de Nernst-Einstein (La loi de Nernst-Einstein est une loi qui intervient dans la migration des espèces dans les solides cristallins, lorsque les espèces sont soumises à une force. Par « espèces », on...) permet de calculer la conductivité en fonction d'autres paramètres fondamentaux du matériau :

où

• D est le coefficient (En mathématiques un coefficient est un facteur multiplicatif qui dépend d'un certain objet, comme une variable (par exemple, les coefficients d'un polynôme), un espace vectoriel, une fonction de base et ainsi de suite....) de diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de « distribution », de « mise à disposition »...) de l'espèce (Dans les sciences du vivant, l’espèce (du latin species, « type » ou « apparence ») est le taxon de base de la...) chargée considérée ;
• z est le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre grammatical ».) de charges portées par l'espèce ;
• e est la charge élémentaire ;
• c est la concentration de l'espèce ;
• k est la constante de Boltzmann (La constante de Boltzmann k (ou kB) a été introduite par Ludwig Boltzmann lors de sa définition de l'entropie en 1873. Le système étant à l'équilibre macroscopique, mais libre d'évoluer à l'échelle microscopique entre...), ≈ 1,3806 × 10^-23 J.K^-1
• T est la température absolue (L'absolue est un extrait obtenu à partir d’une concrète ou d’un résinoïde par extraction à l’éthanol...).

Notes et références