Conductivité électrique : mho, siemens

Tutoriel sur la résistance comprend :
Qu’est-ce que la résistance Loi d’Ohms Conducteurs ohmiques &non ohmiques Résistivité Tableau de résistivité pour les matériaux courants Coefficient de température de la résistance Conductivité électrique Résistances parallèles en série &Tableau des résistances parallèles

Contrairement à la résistance qui mesure l’opposition à un flux de courant électrique, la conductivité électrique ou conductance électrique est une mesure de la façon dont un courant électrique se déplace dans une substance.

Plus la conductivité électrique est élevée au sein d’un matériau, plus la densité de courant est importante pour une différence de potentiel appliquée donnée.

On voit ainsi que la conductivité électrique ou la conductance électrique d’une substance est une mesure de sa capacité à conduire l’électricité.

La conductivité électrique ou la conductance électrique d’un matériau est importante car certaines substances doivent conduire l’électricité le mieux possible. Les fils conducteurs doivent permettre au courant de circuler aussi facilement que possible. D’autres matériaux doivent restreindre le passage du courant, comme dans le cas d’une résistance, et d’autres matériaux doivent ne pas conduire l’électricité, comme dans le cas des isolants.

Les bases de la conductivité électrique

La conductivité électrique est un rapport entre la densité de courant et l’intensité du champ électrique. Plus la valeur de la conductivité est élevée, plus la résistance qu’elle offre au passage du courant électrique est faible.

La valeur de la conductivité électrique dépend de la capacité des électrons ou d’autres porteurs de charge tels que les trous à se déplacer dans le réseau du matériau.

Les matériaux hautement conducteurs tels que le cuivre permettent le libre mouvement des électrons dans leur réseau moléculaire. Il y a des électrons libres à l’intérieur du treillis.

Les matériaux à faible niveau de conductivité ou de conductance ont très peu d’électrons libres à l’intérieur de leur structure. Les électrons sont étroitement maintenus dans la structure moléculaire et nécessitent un niveau d’énergie important pour les libérer.

Unités de conductivité électrique : siemens et mho

Les unités de conductivité électrique sont des siemens par mètre, S⋅m-1.

Le siemens était également appelé mho – c’est l’inverse d’un ohm, et on le déduit en épelant ohm à l’envers.

La conductance est la réciproque de la résistance et un siemens est égal à la réciproque d’un ohm.

Le nom siemens pour l’unité de conductance a été adopté par la 14e Conférence générale des poids et mesures comme unité dérivée du SI en 1971. Il a été nommé d’après Ernst Werner von Siemens.

Comme pour tout nom SI, Système international d’unités, dérivé du nom propre d’une personne, la première lettre de son symbole est en majuscule, c’est-à-dire que dans ce cas la lettre « S » désigne une valeur en siemens, 10S. Lorsque le nom complet d’une unité SI est épelé en anglais, il doit toujours commencer par une lettre minuscule, c’est-à-dire, dans ce cas, par siemens. L’exception à cette règle est lorsque n’importe quel mot serait en majuscule, comme dans le cas du début d’une phrase, etc.

Le symbole le plus couramment utilisé est la version minuscule de la lettre grecque sigma, σ, bien que mais kappa, &kappa, gamma, &gamma, soient également utilisés à l’occasion.

Bien que les unités SI de conductivité soient les plus largement utilisées, les valeurs de conductivité sont souvent indiquées en termes de leur valeur en pourcentage IACS. L’IACS, International Annealed Copper Standard, a été établi par la Commission internationale d’électrochimie en 1913.

La conductivité du cuivre recuit (5,8001 x 107S/m) est définie comme étant 100% IACS à 20°C.

Toutes les autres valeurs de conductivité sont rapportées à cette valeur de conductivité. Cela signifie que le fer avec une valeur de conductivité de 1,04 x 107 S/m, a une conductivité d’environ 18% de celle du cuivre recuit et ceci est donné comme 18% IACS.

Au fur et à mesure que les méthodes de traitement des métaux se sont améliorées depuis l’introduction de la norme, certains produits modernes en cuivre ont maintenant souvent des valeurs de conductivité IACS supérieures à 100 % IACS parce que davantage d’impuretés peuvent maintenant être éliminées du métal.

Formules de conductivité électrique

La résistivité et la conductivité sont liées. La conductivité est l’inverse de la résistivité. En conséquence, il est facile d’exprimer l’une en fonction de l’autre.

σ = 1 ρ

Où:
σ est la conductivité du matériau en siemens par mètre, S⋅m-1
ρ est la résistivité du matériau en ohm mètres, Ω⋅m

On peut ensuite substituer cette formule à celle de la résistivité pour obtenir la relation suivante.

σ = J E

Où :
σ est la conductivité du matériau en siemens par mètre, S⋅m-1
E est la grandeur du champ électrique en volts par mètre, V⋅m-1
J est la grandeur de la densité de courant en ampères par mètre carré, A⋅m-2

Souvent, il est nécessaire de relier la conductivité à une longueur spécifique de matériau avec une section transversale constante..

En utilisant ce diagramme, il est possible de relier la conductivité à la résistance, à la longueur et à la surface de section transversale de l’échantillon dans la formule de conductivité ci-dessous.

σ = R l A
R = σ A l

Où :
R est la résistance électrique d’un spécimen uniforme du matériau mesuré en ohms
l est la longueur de la pièce de matériau mesurée en mètres, m
A est la surface de section transversale du spécimen mesurée en mètres carrés, m2

En utilisant ces formules de conductivité électrique, il est possible de calculer la conductivité à partir de la connaissance de la résistance, de la longueur et de la surface de section transversale d’un bloc d’un matériau.

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