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Qu’est-ce qui fait d’un matériau un conducteur ou un isolant ? En termes simples, les conducteurs électriques sont des matériaux qui conduisent l’électricité et les isolants sont des matériaux qui ne le font pas. Le fait qu’une substance conduise l’électricité est déterminé par la facilité avec laquelle les électrons se déplacent à travers elle.
La conductivité électrique dépend du mouvement des électrons, car les protons et les neutrons ne se déplacent pas – ils sont liés à d’autres protons et neutrons dans les noyaux atomiques.
Conducteurs contre isolateurs
Les électrons de valence sont comme des planètes extérieures en orbite autour d’une étoile. Ils sont suffisamment attirés par leurs atomes pour rester en place, mais il ne faut pas toujours beaucoup d’énergie pour les faire tomber : ces électrons transportent facilement des courants électriques. Les substances inorganiques comme les métaux et les plasmas, qui perdent et gagnent facilement des électrons, figurent en tête de liste des conducteurs.
Les molécules organiques sont principalement des isolants parce qu’elles sont maintenues ensemble par des liaisons covalentes (électrons partagés) et parce que la liaison hydrogène aide à stabiliser de nombreuses molécules. La plupart des matériaux ne sont ni de bons conducteurs ni de bons isolants, mais quelque part entre les deux. Ils ne sont pas facilement conducteurs, mais si l’on fournit suffisamment d’énergie, les électrons se déplacent.
Certains matériaux sous forme pure sont des isolants, mais ils sont conducteurs s’ils sont dopés avec de petites quantités d’un autre élément ou s’ils contiennent des impuretés. Par exemple, la plupart des céramiques sont d’excellents isolants, mais si vous les dopez, vous pouvez créer un supraconducteur. L’eau pure est un isolant, l’eau sale est faiblement conductrice, et l’eau salée – avec ses ions flottants – est bien conductrice.
10 Conducteurs électriques
Le meilleur conducteur électrique, dans des conditions de température et de pression ordinaires, est l’élément métallique argent. Cependant, l’argent n’est pas toujours un choix idéal comme matériau, car il est cher et susceptible de ternir, et la couche d’oxyde appelée ternissement n’est pas conductrice.
De même, la rouille, le vert-de-gris et d’autres couches d’oxyde réduisent la conductivité même dans les conducteurs les plus forts. Les conducteurs électriques les plus efficaces sont :
- Argent
- Or
- Cuivre
- Aluminium
- Mercure
- Acier
- Fer
- Eau de mer
- Concret
- Mercure
Parmi les autres conducteurs forts, on peut citer :
- Platine
- Laiton
- Bronze
- Graphite
- Eau sale
- Jus de citron
10 Isolateurs électriques
Les charges électriques ne circulent pas librement dans les isolateurs. C’est une qualité idéale dans de nombreux cas : les isolateurs solides sont souvent utilisés pour recouvrir ou fournir une barrière entre les conducteurs afin de maintenir les courants électriques sous contrôle. On peut le constater dans les fils et câbles recouverts de caoutchouc. Les isolateurs électriques les plus efficaces sont :
- Caoutchouc
- Verre
- L’eau pure
- Pétrole
- Air
- Diamant
- Bois sec
- Coton sec
- Plastique
- Asphalte
Parmi les autres isolants forts, on peut citer :
- Fibre de verre
- Papier sec
- Porcelaine
- Céramique
- Quartz
Autres facteurs qui influencent la conductivité
La forme et la taille d’un matériau affectent sa conductivité. Par exemple, un morceau de matière épais aura une meilleure conductivité qu’un morceau fin de même taille et de même longueur. Si vous avez deux morceaux d’un matériau de même épaisseur mais que l’un est plus court que l’autre, le plus court conduira mieux parce que le morceau le plus court a moins de résistance, de la même manière qu’il est plus facile de forcer l’eau à travers un tuyau court qu’un long.
La température affecte également la conductivité. Lorsque la température augmente, les atomes et leurs électrons gagnent en énergie. Certains isolants comme le verre sont de mauvais conducteurs lorsqu’ils sont froids, mais de bons conducteurs lorsqu’ils sont chauds ; la plupart des métaux sont de meilleurs conducteurs lorsqu’ils sont froids et de moins bons conducteurs lorsqu’ils sont chauds. Certains bons conducteurs deviennent des supraconducteurs à des températures extrêmement basses.
Parfois, la conduction elle-même modifie la température d’un matériau. Les électrons circulent dans les conducteurs sans endommager les atomes ni provoquer d’usure. Les électrons en mouvement rencontrent cependant une résistance. De ce fait, le flux de courants électriques peut chauffer les matériaux conducteurs.
