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Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 1 Note de cours rédigée par S

Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 1 Note de cours rédigée par Simon Vézina Chapitre 3.2 – La résistivité La conductibilité électrique La conductibilité électrique est l’aptitude d’un matériau à faire circuler librement des charges électriques libres dont le courant électrique. Elle dépend de plusieurs facteurs : nombre d’électron de valence du matériau, la concentration du matériau, la température, etc. Dans les faits, plus il y a de charges libres dans le matériau pour transporter le courant, plus le matériau est conducteur. Notation : σ = té conductivi Unité (siemens par mètre) : [ ] ( ) 1 1 m Ω m S − − ⋅ = ⋅ = σ L’atome de cuivre possède un seul électron de valence. La résistance d’un résisteur La résistance R d’un résisteur dépend de la résistivité ρ (l’inverse de la conductibilité) multiplié par la longueur du fil L et divisé par l’aire A de la section du résisteur : A L R ρ = où R : La résistance du fil en ohm (Ω) ρ : La résistivité du matériau (Ω·m) A : L’aire de la section du fil (m2) L : La longueur du fil en mètre (m) A A L I I Preuve expérimentale : L R ∝ montage A 50 cm 1,2 V 2 A montage B 50 cm 50 cm 1 A 1,2 V A R 1 ∝ montage C 50 cm 50 cm 2 A 2 A 1,2 V montage D 50 cm 4 A 1,2 V « Avec deux fils consécutifs relié à la pile, elle s’épuise deux fois moins vite. » « Avec deux fils reliés à la pile, elle s’épuise deux fois plus vite. » N.B. Une preuve mathématique plus rigoureuse nécessite la notion de résistance en série et en parallèle. Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 2 Note de cours rédigée par Simon Vézina La résistivité des matériaux Puisque la résistivité est l’inverse de la conductivité, la résistivité dépend des mêmes paramètres physiques que la conductivité. Ainsi, ce n’est pas tous les matériaux qui sont de bon conducteur à température ambiante. Plus un matériau est résistif, plus il est coûteux en différence de potentielle pour y faire circuler un courant (loi d’Ohm). Notation : ρ = é résistivit Unité (ohm mètre) : [ ] m Ω⋅ = ρ La supraconduction Un supraconducteur est un matériau très froid dont la résistivité ρ chute à zéro lorsqu’une température critique c T est atteinte. À cette température critique, il y a un changement quantique dans la façon qu’ont les électrons de circuler dans le conducteur réduisant ainsi la résistivité à zéro. Les meilleurs supraconducteurs sont ceux dont la température critique est élevée, car ils sont moins difficiles à refroidir. Application possible : Transport d’énergie Lévitation magnétique Type de fil industriel Voici quelques photos de fil industriel : 500 mcm (Diamètre : 11 cm) 25 000 V et 1000 A (triphasé) 500 mcm (Diamètre : 5 cm) 25 000 V et 1000 A Mercure Plomb Hg0,8Tl0,2Ba2Ca2Cu2O8,33 Matériau Température critique (ρ = 0 pour T < Tc) Supraconducteurs 7 K 138 K = –269°C = –266°C = –135°C 4 K Eau de mer *métal semiconducteur Silicium* Verre Caoutchouc Bois 0,2 2,2 × 103 0,2 ≈ 1010 ≈ 1010 Matériau Résistivité à 20°C (Ω⋅m) Résistivité de certains matériaux ≈ 1014 Téflon Quartz fondu ≈ 1016 7,5 × 1017 Germanium* Argent Cuivre Or Aluminium Tungstène Platine 1,5 1,7 2,4 2,8 5,6 11 Matériau Résistivité à 20°C (× 10–8 Ω⋅m) Résistivité de certains bons conducteurs Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 3 Note de cours rédigée par Simon Vézina Exercice Référence : Note Science Santé – Chapitre 3 – Question 13 Pour déterminer la résistivité d’un nouvel alliage, on vous donne un fil de 300 m de long et de 1,084 mm de diamètre. En appliquant une différence de potentiel de 2 volts entre les deux bouts du fil, vous mesurez un courant de 0,8 ampère. a) Trouvez la résistivité du nouvel alliage. b) Déterminez sa conductivité (l’inverse de sa résistivité) Solution Référence : Note Science Santé – Chapitre 3 – Question 13 Voici les informations géométriques de notre fil : Longueur Diamètre Surface (disque) m 300 = L m 10 084 , 1 mm 084 , 1 3 − × = = d 2 7 2 2 m 10 22 , 9 4 2 − × = =       = d d A π π Évaluons la résistance du fil à partie de la loi d’Ohm : I R V = ∆ ⇒ I V R ∆ = ⇒ ( ) ( ) A 8 , 0 V 2 = R ⇒ Ω = 5 , 2 R Évaluons la résistance du fil à partir de la définition de la résistivité : A L R ρ = ⇒ L AR = ρ ⇒ ( )( ) ( ) m 300 5 , 2 m 10 22 , 9 2 7 Ω × = − ρ ⇒ m Ω 10 69 , 7 9 ⋅ × = − ρ (a) À partir de la résistivité, évaluons la conductivité : ρ σ 1 = ⇒ ( ) m Ω 10 69 , 7 1 9 ⋅ × = − σ ⇒ ( ) 1 9 m Ω 10 130 , 0 − ⋅ × = σ (b) Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 4 Note de cours rédigée par Simon Vézina Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 5 Note de cours rédigée par Simon Vézina Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 6 Note de cours rédigée par Simon Vézina Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 7 Note de cours rédigée par Simon Vézina Référence : Marc Séguin, Physique XXI Tome B Page 8 Note de cours rédigée par Simon Vézina uploads/Sante/ nyb-xxi-chap-3-2.pdf