Bibliographie & annexes
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RÉSUMÉ
Le coefficient thermique de résistivité est incontestablement le paramètre qui définit le mieux un corps métallique. Cet article présente et commente une série de résultats expérimentaux de résistivité des métaux fondus. Sont exposées en parallèle les différentes méthodes de mesure utilisées. En retour, l’auteur vient apporter un nouvel éclairage à la théorie de la conduction dans les métaux.
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Jean-Louis BRETONNET : Docteur ès Sciences Physiques - Professeur à l’Université de Metz - Laboratoire de Physique des Liquides Métalliques
INTRODUCTION
Les métaux, qui sont d’excellents conducteurs d’électricité et de chaleur, occupent une place spéciale dans l’étude des états de la matière. D’ailleurs, s’il fallait définir un corps métallique au moyen d’une propriété unique, la meilleure serait incontestablement son coefficient thermique de résistivité. En effet, l’état métallique est caractérisé par une résistance électrique faible qui augmente avec la température et qui double sensiblement à la fusion.
L’étude, tant expérimentale que théorique, des propriétés de transport électronique des métaux et alliages à l’état liquide a subi un regain d’intérêt, dans les années soixante, grâce aux travaux de Ziman et de ses collaborateurs . Ces auteurs ont développé une théorie de la résistivité et du pouvoir thermoélectrique, résultant de la conjugaison de la théorie électronique des métaux et de la théorie des fluides classiques.
Néanmoins, pour une étude élémentaire de la résistivité, on peut utiliser la théorie classique des électrons libres, élaborée par Drude au début du siècle. Dans celle-ci on néglige les actions réciproques des ions avec les électrons de conduction et l’on admet que ces derniers sont entièrement libres de se mouvoir au sein de l’échantillon. Le principal succès de cette théorie a été la justification de la relation de Wiedemann et Franz entre les conductivités électrique et thermique, qui avait été établie expérimentalement quelque temps auparavant. Cependant, même dans le cas des métaux qui se rapprochent le plus du modèle des électrons libres, tels que le sodium, le cuivre et l’argent, il n’est pas correct de négliger l’influence de l’attraction électrostatique des ions sur la distribution des charges électroniques, c’est pourquoi, en dépit de ses succès, la théorie de Drude a rencontré de sérieuses difficultés. Les plus importantes concernaient la chaleur massique, beaucoup plus élevée qu’elle ne l’est en réalité, et la loi de variation de la résistivité avec la température en T1/2, qui varie, en fait, proportionnellement à la température.
Cet article présente une sélection des résultats expérimentaux de la résistivité des métaux fondus. Néanmoins, une place est réservée à l’exposé succinct de la théorie de la conduction dans les métaux ainsi qu’à la description des principales techniques de mesure de la résistivité des métaux liquides.
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Discussion des résultats expérimentaux
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2. Méthodes expérimentales
Avec l’application des méthodes de zéro, il est possible de comparer les résistances entre elles et de déterminer la valeur d’une résistance inconnue, avec une grande précision, lorsque l’on dispose de résistances étalonnées. Mais les bonnes qualités de stabilité et de précision des instruments numériques permettent également d’effectuer des mesures extrêmement précises de la résistivité d’échantillons, au moyen des méthodes élongationnelles. Dans ce cas, la mesure d’une résistance se réduit à une mesure simultanée de la différence de potentiel qui existe entre ses bornes et de l’intensité qui la traverse. Pour mesurer la résistivité des métaux solides ou liquides, il existe un grand nombre de dispositifs expérimentaux fondés sur cette méthode, dite « avec électrodes », car elle nécessite l’emploi d’électrodes d’amenée de courant et de prise de potentiel.
En outre, il est possible d’effectuer des mesures de résistivité en utilisant certaines lois physiques ou leurs conséquences. Parmi toutes les méthodes qui s’y prêtent, celles qui sont retenues pour la mesure de la résistivité des métaux liquides consistent généralement à étudier le comportement des courants induits dans un échantillon soumis à un champ électromagnétique variable. Ces méthodes dites « sans électrode » sont très séduisantes car elles ne font intervenir aucun contact direct entre l’échantillon et le circuit de mesure.
2.1 Méthode « avec électrodes »
Le principe de la méthode consiste à placer en série, dans un circuit alimenté à courant constant, l’échantillon liquide de résistance RL et une résistance étalon Re connue. En comparant les tensions VL et Ve aux bornes des résistances RL et Re , on calcule la résistance RL (= Re · VL / Ve ). Or, si le bain métallique de résistance RL est contenu dans une cellule de longueur l et de section constante s la résistivité ρ est égale à RL · s /l. La cellule...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - ZIMAN (J.M.) - * - Phil. Mag., 6, p. 1013, (1961). Adv. Phys. 13, 89, (1964).
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(2) - PASCAL (P.) - Nouveau Traité de Chimie Minérale - , T5, Masson et Cie, Paris, p. 500 (1977).
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(3) - GASSER (J.G.) - Contribution à l’étude des propriétés électroniques, résistivité et pouvoir thermoélectrique, d’alliages de métaux polyvalents et de transition à l’état liquide - . Université de Metz. Thèse d’État (1982).
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(4) - VAN DER PAUW (L.J.) - * - Philips Res. Repts 13, 1 (1957).
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(5) - TSCHIRNER (H.U.), UHLIG (K.) - * - Exp. Techn. der Physik 32, 255 (1984).
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