Vitesse des électrons...

[invitefc60b5d3]

Bonjour,

En gros la vitesse des électrons est de 0,5 mm/s
Comment peut-on alors expliquer que la vitesse d'un signal électrique est infiniment plus grande ?
Merci
A bientot
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[invitea774bcd7]

Tu parles donc des électrons dans un conducteur…

Une analogie…
Est-ce que tu connais le pendule de Newton ?

Il y a 2 « vitesses » dans ce pendule (je numérote les billes de 1 à 5) :
1) La vitesse de la bille 1 qui vient cogner les autres billes (2,3,4,5)
2) L'écart de temps entre le moment où la bille 1 touche les billes 2,3,4,5 et le moment où la bille 5 décolle

Peux-tu concevoir que quelque soit la vitesse de la bille 1 quand elle arrive sur la bille 2, la bille 5 décolle quasi instantanément.

La bille 1, c'est un électron dans le fil au niveau de l'interrupteur sur lequel tu appuies. La bille 5, c'est un électron dans le filament de ton ampoule.
Quand tu appuies sur l'interrupteur, tu mets en mouvement un électron au niveau de l'interrupteur. Par un phénomène analogue à celui du pendule de Newton, un électron dans le filamament de l'ampoule est également mis en mouvement quasi instantanément.

Est-ce clair ?

[marsan09]

bonjour,
on peut aussi faire une analogie hydraulique :
lorsqu'on ouvre un robinet, l'eau peut s'écouler lentement à la sortie mais elle circule immédiatement dans tout le tuyau.

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Je me permets d'ajouter une petite correction.
La vitesse des électrons due à la seule agitation thermique est de l'ordre de 10⁶ m/s.
La vitesse de l'ensemble des électrons due à la conduction électrique est de l'ordre de 10^-6 m/s.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitefc60b5d3]

Gueom00, je vois bien l'analogie avec le pendule. Et je vois bien qu'un "électron qui bouge" au niveau de l'interrupteur entraine qu'immédiatement un électron bouge coté filament. Peut on expliquer ça par une transmission d'énéergie ? : l'énergie (cinétique due à la conduction) de l'électron dans l'interrupteur se propage trés vite à l'électron dans le filament .
Cette explication n'est-elle pas trop erronnée??
Merci à tous de vos réponses

[obi76]

Gueom00, je vois bien l'analogie avec le pendule. Et je vois bien qu'un "électron qui bouge" au niveau de l'interrupteur entraine qu'immédiatement un électron bouge coté filament. Peut on expliquer ça par une transmission d'énéergie ? : l'énergie (cinétique due à la conduction) de l'électron dans l'interrupteur se propage trés vite à l'électron dans le filament .
Cette explication n'est-elle pas trop erronnée??
Merci à tous de vos réponses

Ce n'est pas en terme d'énergie cinétique qu'il faut raisonner, mais en terme d'énergie potentielle électrostatique...

L'énergie cinétique d'un électron due à la température ça vaut en moyenne 0. Due au courant, c'est très faible (10^-6 m.s^-1 pour quelque chose de cette masse, c'est largement négligeable).

[invite6dffde4c]

Bonjour Obi.

L'énergie cinétique d'un électron due à la température ça vaut en moyenne 0.

Désolé, mais pour une fois je ne suis pas d'accord avec vous. L'énergie moyenne des électrons est (3/2)kT, si on les considère comme un gaz d'électrons libres. Si on tient compte des interactions avec le réseau c'est un peu différent.
Les vitesses que j'ai donné (de l'ordre de 10⁶ m/s) viennent du Kittel.
Cordialement,
LPFR

[obi76]

Bonjour Obi.

Désolé, mais pour une fois je ne suis pas d'accord avec vous. L'énergie moyenne des électrons est (3/2)kT, si on les considère comme un gaz d'électrons libres. Si on tient compte des interactions avec le réseau c'est un peu différent.

D'accord mais en quoi ça fait que la moyenne n'est pas nulle ?

[invite6dffde4c]

Re.

Et je vois bien qu'un "électron qui bouge" au niveau de l'interrupteur entraine qu'immédiatement un électron bouge coté filament. Peut on expliquer ça par une transmission d'énéergie ? : l'énergie (cinétique due à la conduction) de l'électron dans l'interrupteur se propage trés vite à l'électron dans le filament .
Cette explication n'est-elle pas trop erronnée??
Merci à tous de vos réponses

Très vite mais pas immédiatement.
L'expression "transmission d'énergie" est un sac où l'on peut mètre tout et n'importe quoi car elle n'explique rien.
Dans le cas de l'interrupteur et la mise en mouvement des électrons le long du fil, c'est un peu plus complique. Il faut voir ça comme la transmission d'un signal le long d'une ligne de transmission.
En simplifiant à mort, on peu dire que à l'endroit de l'interrupteur on modifie brusquement le potentiel du fil électrique. Ceci modifie le champ électrique crée par le fil. Cette modification de champ électrique crée un champ magnétique qui varie dans le temps, et la variation de ce champ magnétique induit une tension dans le fil, qui modifie dans le même sens la tension du fil mais un peu plus loin. La modification due à la fermeture de l'interrupteur c'est propagé un peu le long du fil. Et on recommence:
Cette modification de champ électrique crée un champ magnétique qui varie dans le temps, et la variation du champ magnétique induit une tension dans le fil, qui modifie dans le même sens la tension du fil mais un peu plus loin.
Etc., etc.
La vitesse de propagation de cette perturbation dépend surtout de la géométrie des deux conducteurs et de la constate diélectrique de l'isolant du fil. Mais elle proche et inférieure à la vitesse de la lumière dans le vide.
A+

[invite6dffde4c]

D'accord mais en quoi ça fait que la moyenne n'est pas nulle ?

Re.
C'est la vitesse moyenne qui est nulle. Pas l'énergie cinétique moyenne.
A+

[invite6dffde4c]

Re.
C'est la vitesse moyenne qui est nulle. Pas l'énergie cinétique moyenne.
A+

Re.
Correction. Je m'embrouille moi-même.
C'est la moyenne des vitesses qui est nulle, pas la vitesse moyenne ni l'énergie cinétique.
A+

[invite1acecc80]

Bonjour,

L'énergie cinétique moyenne pour un élément d'un gaz parfait classique dépend de la vitese quadratique moyenne et non de la vitesse moyenne au carré.



LPFR a raison, l'énergie cinétique moyenne d'un électron est non nul (dans le cas d'un gaz non dégénéré).

[obi76]

Effectivement, je suis bête... j'ai rien dis

[invite93279690]

Re.
Correction. Je m'embrouille moi-même.
C'est la moyenne des vitesses qui est nulle, pas la vitesse moyenne ni l'énergie cinétique.
A+

Je crois que pour éviter les ambrouilles il faudrait rajouter le terme "quadratique" quelque part. La vitesse quadratique moyenne est non nulle alors que la vitesse moyenne est nulle.

[b@z66]

Je crois que pour éviter les embrouillas il faudrait rajouter le terme "quadratique" quelque part. La vitesse quadratique moyenne est non nulle alors que la vitesse moyenne est nulle.

Tout à fait, car sinon cela serait étonnant que l'on ait déjà pu voir des composants électroniques courir tout seul(bien qu'ils aient des pattes).

[invitefc60b5d3]

Merci à tous de vos réponses, j'ai un peu de mal à vous suivre mais c'est super interressant...
Au fait comment a-ton fait pour évaluer cette vitesse des électrons (due à la conduction électrique) autour donc de 0,5mmm/s ?
A+

[obi76]

Tu connais la définition d'un ampère, ça te donne directement le nombre d'électrons qui passent par seconde dans une section.

La densité d'électron dans un métal tu la connais (1 électron libre par atome pour du fer par exemple), tu peux donc directement en déduire leur vitesse par la relation suivante :

débit d'électron (intensité) = vitesse des électrons * surface du matériau

Cordialement

[invite6dffde4c]

Bonjour.
Voici une version plus détaillée:
On connaît la charge transporté par chaque électron.
On connaît que la charge transporté par un courant est 'I.t'.
Donc, pour un courant donné on peut calculer le nombre d'électrons qui doit traverser un endroit du conducteur par seconde
On connaît le nombre d'électrons libres dans un conducteur (on sait le mesurer).
Avec ça et la section du conducteur, on peut calculer la vitesse moyenne que doivent avoir les électrons.
En fait on arrive à la formule J=qnv, où J est la densité de courant (A/m²), q la charge de l'électron, n la densité d'électrons en volume (particules/m³), et v leu vitesse (m/s).
Au revoir

[curieuxdenature]

et la version chiffrée, au §1.4

http://www.univ-lemans.fr/enseigneme..._elec/lois.pdf

[obi76]

La version vulgarisée, la version exacte et l'application numérique, reste plus que la version expérimentale et je pense qu'il sera comblé

[invitefc60b5d3]

Ok merci beaucoup LPFR

A+