Pourquoi le cuivre est-il un bon conducteur d’électricité ?

Avez-vous remarqué que les fils électriques sont principalement composés de cuivre ? C’est grâce à son excellente conductivité, qui permet le passage de l’électricité. C’est pourquoi les fils de cuivre sont utilisés à petite et grande échelle. Cependant, la question est : pourquoi le cuivre est-il un bon conducteur d’électricité ?

 

Qu’est-ce qui fait que le cuivre est conducteur d’électricité et en fait une option supérieure ? Il existe d’autres options pour fabriquer des fils, comme le laiton et l’aluminium. Cependant, le cuivre est toujours privilégié. Pourquoi ? Dans cet article, j’expliquerai la logique derrière la conductivité électrique du cuivre. Vous découvrirez pourquoi le cuivre est préféré aux autres. Alors, commençons !

Pourquoi le cuivre est-il un bon conducteur d’électricité ?

 

La conductivité électrique élevée du cuivre réside dans ses électrons libres. Le cuivre possède un seul électron de valence. De plus, les forces d’attraction entre le noyau du cuivre et les électrons de valence sont très faibles. Cet électron est donc faiblement lié et peut se déplacer librement. Par conséquent, il se déplace et permet à l’électricité de circuler.

 

Chaque atome est constitué d’un nombre différent d’électrons. Ces électrons sont présents dans leurs couches respectives. Chacune de ces couches possède sa propre limite. Le cuivre possède 29 électrons. La répartition de ces électrons dans les couches est la suivante :

 

1re couche (couche K) = 2 électrons

2e couche (couche L) = 8 électrons

3e couche (couche M) = 18 électrons

4e couche (couche N) = 1 électron

 

Comme vous pouvez le constater, la 4e couche ne possède qu’un seul électron. Cet électron, présent dans la couche la plus externe, est appelé électron de valence. La 1re couche est proche du noyau et s’éloigne progressivement du noyau à mesure que l’on monte. La 4e couche est la plus éloignée du noyau dans le cas des atomes de cuivre. En général, le noyau attire les électrons.

 

Cependant, en raison de la distance entre le noyau et la 4e couche, il ne peut pas attirer fortement l’électron de valence. Il en résulte un seul électron de valence se déplaçant librement et sans entrave. Sous l’effet du champ électrique, cet électron de valence se déplace, permettant à l’électricité de traverser le cuivre. De plus, le cuivre présente une faible résistance, ce qui constitue un autre avantage.

 

Point saillant : Un électron, en mouvement, entre en collision avec un autre. Cette collision induit un mouvement du second électron. Ce phénomène se produit dans une chaîne sous l’effet du champ électrique ou de la tension. Par conséquent, l’électricité peut facilement circuler d’une extrémité à l’autre. Le mouvement des électrons de valence est à l’origine de cette chaîne d’électrons en mouvement.

 

Facteurs affectant la conductivité électrique du cuivre

Le cuivre présente généralement une très faible résistance à l’électricité, n’est-ce pas ? Cela permet une circulation fluide du courant dans ces matériaux. Cependant, certains facteurs augmentent cette résistance, affectant ainsi la conductivité électrique du cuivre. Examinons chacun de ces facteurs et leur impact sur la conductivité électrique du cuivre.

 

1- Température

 

L’augmentation de la température réduit la conductivité électrique du cuivre. Comment ? Parce qu’elle augmente les vibrations entre les électrons. Ces vibrations provoquent une collision entre les électrons. Ils se déplacent alors dans des directions aléatoires. Ce mouvement aléatoire des électrons augmente la résistance au flux électrique.

 

En revanche, une baisse de température maintient les électrons stables. Aucun mouvement aléatoire des électrons ne peut augmenter la résistance. L’électricité peut donc facilement traverser le cuivre. On pourrait dire que des collisions d’électrons se produisent également lorsqu’on applique un champ électronique. C’est exact, mais cette collision est plus organisée et non aléatoire.

 

Aperçu rapide : Lorsqu’un électron de valence se déplace sous l’effet de la tension appliquée, il en percute successivement d’autres. Cette chaîne est plus organisée que celle d’une collision incontrôlée. Les fils de cuivre surfondus (-273,15 °C ou 0 K) offrent généralement une résistance nulle et une conductivité électrique idéale.

 

2- Impuretés et éléments d’alliage

 

Les impuretés présentes dans le cuivre peuvent avoir un impact négatif sur la conductivité électrique. De plus, le cuivre peut être mélangé à certains éléments d’alliage, ce qui peut réduire la conductivité. Le cuivre, à l’état pur, présente une faible résistance. Cependant, les impuretés augmentent cette résistance.

 

Cela signifie que l’électricité peut toujours circuler, mais perd de l’énergie pour surmonter la résistance. Il en résulte une conductivité électrique moins fluide ou moins efficace. Par exemple, des impuretés telles que le nickel ou l’arsenic réduisent la conductivité électrique du cuivre. De plus, les propriétés des éléments d’alliage sont également importantes. Si l’élément d’alliage conduit l’électricité, il ne diminue pas la conductivité du cuivre, et inversement.

 

3- Contraintes et déformations mécaniques

 

Si le cuivre est soumis à des contraintes, sa conductivité électrique est altérée et réduite. En effet, les contraintes perturbent la structure atomique des atomes. Prenons l’exemple du cuivre : on le martèle avec force. Sous l’effet du martèlement, le cuivre se déforme.

 

Sa structure atomique est perturbée, ce qui affecte l’orientation des électrons. Ainsi, lorsqu’un champ électrique est appliqué, les électrons de valence se déplacent. Cependant, il ne peut pas induire efficacement le mouvement des autres électrons. Par conséquent, l’électricité ne circule pas correctement.

 

Conductivité électrique du cuivre comparée à celle de l’argent et de l’aluminium

L’argent, le cuivre et l’aluminium sont généralement utilisés dans les appareils électriques. Mais lesquels offrent une conductivité idéale pour les fils ? Voyons cela de plus près.

 

Parmi ces trois métaux, l’argent arrive en tête. Il offre une conductivité exceptionnelle, permettant au courant de circuler sans obstacle. Sa résistivité de 1,59 × 10⁻⁸ Ω·m le rend idéal pour les fils. Cependant, l’argent n’est pas utilisé dans la fabrication de fils. Pourquoi ? Parce que c’est un matériau haut de gamme et très coûteux. Son coût élevé le rend peu pratique pour la fabrication de câbles.

 

Le cuivre arrive en deuxième position. Sa résistivité de 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m. Ce matériau est largement utilisé dans la fabrication de fils et d’autres appareils électriques. Pourquoi ? Parce qu’il est abordable. Les fils en cuivre sont à la fois économiques et offrent une conductivité idéale. L’aluminium occupe la troisième position avec une résistivité plus élevée de 1,68 × 10⁻⁸ Ω·m.

 

Il est intéressant de noter que le cuivre et l’aluminium possèdent tous deux un électron de valence. La conductivité électrique de l’aluminium est donc moins bonne que celle du cuivre. En effet, l’aluminium possède 13 électrons. Leur couche de valence est relativement plus proche du noyau. À l’inverse, le cuivre possède 29 électrons et utilise quatre couches. Trois électrons de valence sont éloignés du noyau.

 

Dans le cas de l’aluminium, le noyau attire fortement la valence en raison de sa faible distance. Par conséquent, l’électron ne peut pas se déplacer librement, contrairement à l’électron de valence du cuivre. De ce fait, le cuivre est plus conducteur électriquement et est largement utilisé dans les fils. Des fils d’aluminium sont également disponibles sur le marché, mais leurs performances électriques sont moins performantes que celles des fils de cuivre.

 

Comment la conductivité électrique élevée du cuivre influence-t-elle son usinage CNC ?

La conductivité électrique élevée du cuivre n’a pas d’impact direct sur l’usinage CNC. Cependant, elle offre indirectement certains avantages lors de l’usinage.

 

Le cuivre possède des électrons en libre circulation, ce qui contribue à la fois à la conductivité électrique et thermique. Ce matériau peut dissiper rapidement la chaleur grâce à une meilleure conductivité thermique. Lors de l’usinage CNC, les outils de coupe produisent de la chaleur. Le cuivre dissipe efficacement cette chaleur et évite les problèmes de surchauffe.

 

Si le cuivre ne dissipe pas la chaleur, son usinage CNC serait chronophage. Il faudra le couper lentement et laisser la chaleur se dissiper. Cependant, la conductivité électrique n’a aucun impact direct sur la façon dont le cuivre subit l’usinage CNC.

 

Foire aux questions

 

Le cuivre est-il le meilleur conducteur d’électricité ?

L’argent a une meilleure conductivité électrique que le cuivre. Cependant, il est coûteux et n’est pas utilisé dans les appareils électriques. Après l’argent, le cuivre est l’option la plus conductrice et la plus pratique pour les fils. Il est abordable et lisible partout.

 

Comment le câblage en aluminium se compare-t-il au cuivre ?

Le câblage en cuivre est considéré comme supérieur à l’aluminium. L’aluminium possède moins de conducteurs électriques que le cuivre. De plus, il offre une plus grande résistance au flux électrique. Les fils en aluminium sont toujours utilisés, mais leur section est toujours importante pour transporter efficacement l’électricité.

 

Pourquoi le fil de cuivre est-il bon pour l’électricité ?

Le cuivre possède des électrons libres dans sa couche de valence. Ces électrons peuvent facilement laisser passer l’électricité, ce qui le rend conducteur. Le cuivre offre également une très faible résistance, ce qui le rend privilégié pour l’électricité.

 

Conclusion

 

Le cuivre est un matériau très populaire dans de nombreuses industries. Les fabricants utilisent des machines CNC pour le découper et le façonner afin de fabriquer de nombreux produits. L’une des utilisations les plus courantes du cuivre est la fabrication de fils et de composants électriques. Utilisé pour fabriquer des fils, le cuivre est conducteur d’électricité. Cependant, nombreux sont ceux qui ignorent pourquoi ni comment il conduit l’électricité.

 

Dans cet article, j’ai abordé la logique de la conductivité électrique du cuivre. Vous découvrirez également comment il se compare à d’autres matériaux, comme l’aluminium et l’argent. En résumé, le cuivre possède des électrons de valence libres, faiblement liés au noyau. La libre circulation des électrons permet le passage de l’électricité. J’espère que cet article vous aidera à comprendre la logique de la conductivité électrique du cuivre.