Conductivité et loi d'Ohm

Dans les milieux conducteurs, un champ électrique génère un courant qui lui est proportionnel, la conductivité déterminant le rapport et la dissipation résistive.

Definition

La loi d'Ohm stipule que dans de nombreux matériaux, la densité de courant est proportionnelle au champ électrique par l'intermédiaire de la conductivité ; la conductivité quantifie la facilité avec laquelle un milieu transporte le courant, et le mouvement de charge qui en résulte dissipe l'énergie sous forme de chaleur.

Scope

Ce sujet couvre les courants stationnaires et quasi-stationnaires dans les milieux conducteurs : la densité de courant et la conservation de la charge, les formes microscopique et macroscopique de la loi d'Ohm, la conductivité et la résistivité électriques, le modèle de conduction de Drude, l'effet Joule et la dissipation de puissance, ainsi que la relaxation de la charge dans les conducteurs. Il traite de la conduction classique, laissant le transport quantique à la physique de la matière condensée.

Core questions

• Comment un champ électrique génère-t-il un courant dans un conducteur ?
• Quelle est l'image microscopique qui sous-tend la loi d'Ohm et la conductivité ?
• Comment la puissance est-elle dissipée lorsque le courant traverse une résistance ?

Key concepts

• densité de courant
• loi d'Ohm
• conductivité
• résistivité
• modèle de Drude
• effet Joule
• relaxation de charge
• équation de continuité

Key theories

Loi d'Ohm et conductivité

Dans un conducteur linéaire, la densité de courant locale est proportionnelle au champ électrique, la conductivité étant la constante de proportionnalité, ce qui conduit à la relation familière entre tension, courant et résistance.

Modèle de conduction de Drude

Le traitement des porteurs de charge comme un gaz accéléré par le champ et aléatoirement perturbé par les collisions donne une conductivité déterminée par la densité des porteurs, la charge et le temps moyen entre les collisions, retrouvant ainsi la loi d'Ohm.

Clinical relevance

La conduction et la loi d'Ohm régissent tous les circuits résistifs et la dissipation de puissance, la conception des conducteurs et des éléments chauffants résistifs, les mesures d'impédance électrochimique et bioélectrique, ainsi que la modélisation du flux de courant dans les tissus biologiques.

History

Ohm a établi la proportionnalité entre le courant et la tension en 1827. Joule a quantifié l'échauffement résistif dans les années 1840, et le modèle du gaz d'électrons de Drude de 1900 a fourni la première explication microscopique de la conductivité, affinée par la suite par les théories quantiques des solides.

Key figures

• Georg Simon Ohm
• Paul Drude
• James Prescott Joule

Seminal works

• ashcroft1976
• jackson1998

Frequently asked questions

La loi d'Ohm est-elle une loi fondamentale de la nature ?

Non ; c'est une relation empirique et approximative qui est valable pour de nombreux matériaux dans diverses conditions, mais qui ne s'applique pas aux dispositifs non ohmiques tels que les diodes et aux champs très intenses.

Pourquoi les conducteurs s'échauffent-ils lorsqu'ils transportent du courant ?

Les porteurs de charge accélérés par le champ perdent de l'énergie lors de collisions avec le réseau cristallin, la transférant sous forme de chaleur ; cet échauffement par effet Joule est proportionnel à la résistance et au carré du courant.