Questions aux experts
Energie, lumière, son
Une pièce d'aluminium est-elle forcément conductrice ?
1re question :
Au cours d'une séquence sur les conducteurs et les isolants, mes élèves et moi-même nous sommes aperçus que le papier d'aluminium était conducteur alors que des pièces d'aluminium (trouvées sur des tringles à rideaux) ne l'étaient pas. Pourquoi cette différence ? (qui a d'ailleurs été bien utile pour que les élèves prennent conscience que le meilleur moyen de savoir si un matériau est conducteur, c'est de le tester)
2e question :
Peut-on caractériser les matériaux conducteurs autrement que par leurs propriétés électriques ?
Pour reprendre les termes de la question, on ne "devine" pas si un corps est ou non conducteur. Il est possible de déterminer sa qualité de conducteur électrique par l'expérience. Et si on connaît la nature exacte du corps utilisé, rien n'interdit de se reporter aux expériences faites par d'autres...
Si on est sûr d'avoir affaire à des éléments métalliques, on peut affirmer que ce sont, de façon générale de très bons conducteurs électriques. Certains sont meilleurs que d'autres, mais tous sont très bons. À toute petite échelle, complètement inaccessible à nos sens, existent des particules chargées susceptibles de se déplacer dans le réseau microscopique de ces métaux. Elles sont responsables de leur conductivité électrique. Il en est de même de nombreux alliages métalliques qui sont aussi de bons, voire de très bons conducteurs électriques.
Si on considère d'autres éléments également sous forme solide et qui ne sont pas des métaux, la situation est variée. Le carbone, sous forme de graphite, est un bon conducteur. Le carbone dit amorphe (le noir de fumée, par exemple) l'est beaucoup moins. Le diamant, autre variété de carbone est peu conducteur, mais il a d'autres qualités...
Si on a affaire à un bon isolant électrique, c'est parce que les mêmes particules chargées ont une aptitude beaucoup plus réduite à se déplacer dans leur réseau. Cela ne se devine pas.
Il peut être utile de rappeler que la distinction entre conducteur électrique et non conducteur est assez artificielle, il vaut mieux considérer de bons et de mauvais conducteurs ou de bons et de mauvais isolants. Dans la pratique, il y a continuité entre un mauvais conducteur et un mauvais isolant.
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Le papier métallique d'usage ménager est un bon conducteur de l'électricité, il s'agit en effet d'aluminium pratiquement pur. Ce métal peut-être obtenu industriellement avec très peu d'impuretés.
La grandeur qui caractérise l'aptitude d'un matériau à conduire l'électricité s'appelle la résistivité électrique. Plus elle est faible, meilleur est le conducteur.
Les valeurs de cette résistivité sont bien connues pour les matériaux qui présentent un intérêt dans le domaine électrique, les métaux, par exemple. Ces valeurs sont données à la température de 20 °C, parce que la résistivité électrique dépend de la température.
Si on souhaite comparer le caractère conducteur de différents matériaux, c'est-à-dire leur résistivité électrique, il est nécessaire de considérer des objets de même forme, un cylindre, par exemple. Ainsi, on ne fait varier qu'un seul paramètre à la fois : la nature du matériau étudié.
Ce qu'un montage simple permet de comparer, c'est la résistance électrique de différents conducteurs. Cette résistance dépend non seulement du métal ou de l'alliage qui constitue l'objet (par l'intermédiaire de sa résistivité électrique), mais aussi de ses dimensions : par exemple la longueur et la section du cylindre.
Comparer deux échantillons de nature et de formes différentes permet de comparer les valeurs respectives de leur résistance, mais pas de leur résistivité électrique.
Ainsi, l'argent est meilleur conducteur électrique que l'aluminium, mais un fil d'argent de longueur et de section données a une résistance plus grande qu'un fil d'aluminium de même section mais deux fois plus court.
Par ailleurs, la composition des pièces métalliques provenant de tringles à rideaux n'est pas déterminée. À supposer qu'il s'agisse aussi de pièces en aluminium, leurs caractéristiques géométriques sont certainement différentes de l'échantillon de papier aluminium qui a été utilisé. Si, de plus, les pièces en question sont recouvertes de peintures ou de vernis, ces couches sont mauvaises conductrices de l'électricité et même placées sur un très bon conducteur, l'ensemble peut très bien être mauvais conducteur électrique.