En théorie électronique, les électrons chargés négativement orbitent autour du noyau (charge positive) sur des orbites fixes. Les matériaux dans lesquels les électrons sont facilement attirés par un champ électrique externe et s'échappent de leurs orbites pour devenir des électrons libres sont appelés conducteurs. Les métaux peuvent conduire l'électricité car, sous l'influence d'un champ électrique externe, ils génèrent un grand nombre d'électrons libres. Ces électrons libres se déplacent d'un potentiel faible vers un potentiel élevé, formant un flux d'électrons, ou courant électrique.
Les métaux sont composés d'atomes disposés en réseau régulier, une structure cristalline connue sous le nom de réseau. Lorsque les électrons libres sont accélérés et dirigés par un champ électrique, ils entrent constamment en collision avec les atomes et entre eux, ralentissant leur mouvement et dissipant l'énergie. Par conséquent, les matériaux conducteurs présentent une certaine résistance au flux de courant électrique. Cette résistance est appelée résistance, représentant la résistance du conducteur au flux de courant.
La résistivité est la résistance d'un conducteur fait d'un matériau spécifique qui a une unité de longueur standard et une unité de section transversale standard, à une température donnée.
Cette définition peut être mieux comprise grâce à une formule :
R=ρ·L/A
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R est la résistance du conducteur, avec l'unité en ohms (Ω).
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ρ (rho) est la résistivité, avec l'unité en ohm-mètres (Ω·m).
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L est la longueur du conducteur, avec l'unité en mètres (m).
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A est la section transversale du conducteur, avec l'unité en mètres carrés (m2).
La résistivité et la conductivité sont inversement liées.
Plus la conductivité est grande, plus la résistance du matériau est faible et meilleure est la conductivité.
Dans la technologie des courants de Foucault, la conductivité ne nécessite pas de valeur absolue mais une valeur relative. La plus couramment utilisée est la norme internationale de cuivre recuit (IACS), qui est une unité non internationale qui représente la conductivité du métal.
Afin de faciliter la distinction entre les matériaux, la Commission électrotechnique internationale (CEI) a stipulé en 1913 que l'étalonnage du cuivre de haute pureté industrielle dans un état recuit avec une résistivité de 1 m de long et une section transversale de 1 mm2 à une température de 20 °C était de 1,7241 × 10−8 Ω⋅m1,7241 × 10−8 Ω⋅m, la conductivité de 100 % IACS100 % IACS, et la résistivité des autres métaux ou alliages ρXρX et la conductivité σxσx sont le rapport de la conductivité du cuivre de haute pureté industrielle dans cet état recuit à 20 °C comme la conductivité du métal ou de l'alliage, qui est exprimée en pourcentage, c'est-à-dire % IACS ou PIACS (P est un pourcentage)
Température
Résistivité, conductivité et coefficient de température de résistance des métaux et alliages typiques
Composition de l'alliage
Pour les matériaux d'alliage en solution solide (les impacts sont uniformément répartis dans les substrats métalliques), si la disposition des atomes d'alliage est irrégulière, c'est-à-dire une solution solide désordonnée, sa résistivité augmente généralement avec l'augmentation des composants d'alliage. Cependant, si les atomes d'alliage sont disposés dans une certaine proportion en un réseau cristallin très régulier, c'est-à-dire une solution solide ordonnée, sa résistivité aura une valeur minimale lorsque les composants d'alliage changent.
Les matériaux de différents composants d'alliage ont une conductivité différente, ce qui est non seulement la base de la méthode de tri des matériaux dans la technologie de détection par courants de Foucault, mais aussi l'un des facteurs importants qui doivent être pris en compte dans la détection par courants de Foucault qui affecte l'impédance de la bobine de détection.
Teneur en impuretés
Les impuretés dans les métaux peuvent provoquer une distorsion du réseau métallique, affectant la disposition des atomes dans le matériau, provoquant une diffusion des électrons et augmentant la résistivité.
Contrainte
La contrainte interne présente dans le métal peut provoquer une déformation du réseau métallique, augmentant les risques de collision des électrons, augmentant ainsi la résistivité. Par exemple, dans la plage élastique, la contrainte de traction ou de torsion unidirectionnelle augmentera la résistivité du métal, tandis que sous l'action d'une contrainte de compression unidirectionnelle, la résistivité sera réduite pour la plupart des métaux, ou la contrainte interne du métal après traitement à froid et traitement thermique réduira également la conductivité.
Déformation normale obtenue par traitement à chaud et à froid
Le résultat d'une déformation normale est que la structure de disposition atomique est déformée et que les risques de collision des électrons augmentent. Plus le degré de déformation est grand, plus la résistivité augmente. Cependant, pour les métaux traités à froid, après un chauffage à haute température à long terme tel que le recuit et l'élimination de la déformation du réseau, la résistivité peut être réduite à une faible valeur proche de la valeur d'origine.
Processus de traitement thermique
La conductivité du même matériau variera selon les différents états de traitement thermique. Les métaux monocristallins ou les métaux de haute pureté entièrement recuits ont tendance à avoir une conductivité élevée, tandis que les alliages ont une conductivité plus faible. Le recuit des métaux tels que l'aluminium, l'argent, le cuivre, le fer après traitement à froid réduira la résistivité. La résistance du matériau diminue généralement avec l'augmentation de la température de recuit, mais lorsque la température de recuit est supérieure à la température de recristallisation, la résistance augmentera à la place.
De plus, différents types de matériaux (isolants, conducteurs, semi-conducteurs) ont également une conductivité différente.
Pour avoir une compréhension plus approfondie des tests par courants de Foucault, vous devrez connaître la perméabilité magnétique.
Consultez notre article pour la deuxième partie.
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Comment la température affecte la conductivité des métaux, Effet des impuretés sur la résistivité, Défauts du réseau métallique et conductivité, Principes physiques des tests par courants de Foucault, Conductivité vs résistivité
