Comment jouer à Testeur de matériaux
- Choisis un test et lis la taille de l'échantillon sur la carte et sa résistivité dans la question.
- Utilise R = ρ·L ÷ A avec L en m et A en m² (1 mm² = 10⁻⁶ m²), et I = V ÷ R.
- Tape ta prédiction et appuie sur Démarrer. L'interrupteur se ferme au bout d'une demi-seconde.
- Lis l'ampèremètre et regarde où tombe ta réponse sur l'échelle de résistivité.
Conducteurs, isolants et résistivité
Qu'un matériau conduise dépend de la liberté de mouvement de ses électrons. La résistivité ρ mesure la difficulté à faire passer un courant dans un cube de 1 m de ce matériau. Les métaux ont des électrons libres et des résistivités minuscules, environ 10⁻⁸ Ω·m pour le cuivre ; le verre et le caoutchouc retiennent leurs électrons et atteignent 10¹² Ω·m ou plus. Aucune autre propriété courante ne couvre autant de puissances de dix, c'est pourquoi conducteurs et isolants se comportent si différemment. La résistance d'une pièce donnée dépend aussi de sa forme : R = ρ·L ÷ A, donc un fil long et fin résiste plus qu'un fil court et épais. Le nichrome, environ 65 fois plus résistif que le cuivre, sert aux éléments chauffants ; le cuivre et l'aluminium transportent le courant avec le moins de pertes possible ; et le graphite, entre les deux, forme les mines de crayon et les balais des moteurs électriques.
Un modèle d'apprentissage ciblé
La pile, les fils, les pinces, l'interrupteur et l'ampèremètre sont idéaux, donc l'échantillon est la seule résistance ; il ne chauffe pas, donc sa résistivité reste la même. Le courant est constant dès que l'interrupteur se ferme à 0,5 s ; l'essai dure 3 s. Les résistivités sont des valeurs typiques : le verre va de 10¹⁰ à 10¹⁴ Ω·m, le caoutchouc est encore plus haut, et le graphite dépend de la mine. Les points des électrons avancent à une vitesse d'affichage qui suit le logarithme du courant, pas leur vraie vitesse de dérive. Les réponses à 2 % près sont justes.