Conductivité électrique des métaux

La conductivité électrique des métaux est le résultat du mouvement des particules chargées électriquement. Les atomes des éléments métalliques sont caractérisés par la présence d'électrons de valence, qui sont des électrons dans la coque externe d'un atome qui sont libres de se déplacer. Ce sont ces "électrons libres" qui permettent aux métaux de conduire un courant électrique.

Parce que les électrons de valence sont libres de se déplacer, ils peuvent voyager à travers le réseau qui forme la structure physique d'un métal. Sous un champ électrique, les électrons libres se déplacent à travers le métal un peu comme les boules de billard se cognant les unes contre les autres, passant une charge électrique en se déplaçant.

Le transfert d'énergie est plus fort lorsqu'il y a peu de résistance. Sur une table de billard, cela se produit lorsqu'une balle frappe contre une autre balle unique, passant la majeure partie de son énergie sur la balle suivante. Si une seule balle frappe plusieurs autres balles, chacune d'entre elles ne transportera qu'une fraction de l'énergie.

De même, les conducteurs d'électricité les plus efficaces sont les métaux qui ont un seul électron de valence qui est libre de se déplacer et provoque une forte réaction de répulsion dans d'autres électrons. C'est le cas des métaux les plus conducteurs, comme l'argent, or, et cuivre. Chacun a un seul électron de valence qui se déplace avec peu de résistance et provoque une forte réaction de répulsion.

Métaux semi-conducteurs (ou métalloïdes) ont un nombre plus élevé d'électrons de valence (généralement quatre ou plus). Ainsi, bien qu'ils puissent conduire l'électricité, ils sont inefficaces à la tâche. Cependant, lorsqu'ils sont chauffés ou dopés avec d'autres éléments, les semi-conducteurs comme silicium et le germanium peut devenir des conducteurs d'électricité extrêmement efficaces.

La conduction dans les métaux doit suivre la loi d'Ohm, qui stipule que le courant est directement proportionnel au champ électrique appliqué au métal. La loi, nommée d'après le physicien allemand Georg Ohm, est apparue en 1827 dans un article publié expliquant comment le courant et la tension sont mesurés via des circuits électriques. La variable clé dans l'application de la loi d'Ohm est la résistivité d'un métal.

La résistivité est l'opposé de la conductivité électrique, évaluant la force avec laquelle un métal s'oppose à la circulation du courant électrique. Ceci est généralement mesuré à travers les faces opposées d'un cube de matériau d'un mètre et décrit comme un ohmmètre (Ω⋅m). La résistivité est souvent représentée par la lettre grecque rho (ρ).

La conductivité électrique, en revanche, est généralement mesurée par des siemens par mètre (S⋅m⁻¹) et représenté par la lettre grecque sigma (σ). Un siemens est égal à l'inverse d'un ohm.

* Remarque: La résistivité des semi-conducteurs (métalloïdes) dépend fortement de la présence d'impuretés dans le matériau.