mécanismes conduction électrique

[mathier]

bonjour
j'aimerais qq renseignements sur le mécanisme de conduction électrique est dans les métaux, plasmas, solutions électrolytiques

dans les métaux ce sont des électrons libres qui circulent . Ils circulent donc librement tout le long des fils du circuit électrique.
est ce possible de considérer qu'un électron vibre autour de sa position d'électrique et vienne heurter un électron qui lui aussi vibrera et ainsi de suite ?

dans les solutions ce sont les anions et cations

dans les plasmas ? que se passe-t-il ?

merci
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[LPFR]

Bonjour.
Dans les solides (conducteurs), ce sont les électrons qui assurent la conduction. Par des électrons (presque) libres dans les métaux, et par des électrons beaucoup moins libres dans les semi-conducteurs.
Les électrons, comme les atomes du réseau, sont toujours en train de vibrer à cause de l'agitation thermique. Ils subissent des collisions avec les électrons voisins et avec les atomes fixes et échangent de l'énergie. La moyenne de l'échange est zéro, sauf quand les électrons sont accélérés par un champ électrique entre deux collisions (effet Joule).
Dans les plasmas c'est la même chose, sauf que les atomes ou molécules ne sont pas fixes. Les collisions et les échanges d'énergie sont similaires. Si on applique un champ électrique, les atomes et molécules ionisés seront aussi accélérés, mais comme leur masse est des milliers de fois plus grande que celle des électrons, leur contribution à la conduction sera d'autant plus faible. Dans la plupart des calculs, on peut l'ignorer.
Au revoir.

[inviteef483d16]

Bonjour,

Petites précision concernant les métaux.

Dans les métaux (par exemple un fil de cuivre) les électrons ne se déplacent pas d'un bout à l'autre du fil électrique pour "transporter" le courant. En fait, c'est le champ électrique (actionné par l'interrupteur) qui excite les électrons et les font passer dans des états où ils sont un peu plus libres que d'ordinaire. Une fois dans ces états les électrons se déplacent un peu: c'est ce qu'on appelle le libre parcours moyen. C'est la distance moyenne parcourue par un électron avant qu'il ne retrouve son état "ordinaire" dans lequel il reste plus ou moins localisé près d'un atome. Ce libre parcours moyen est de l'ordre de quelques dizaines de nanomètres, donc rien à voir avec les 4-5 mètres de fil de cuivre pour allumer la lumière...

La conduction électrique provient du fait que les électrons réagissent extrêmement rapidement au champ électrique appliqué. C'est ce qu'on appelle le temps de relaxation des électrons qui est de l'ordre de 25 femtosecondes (25x10^-15 seconde). On peut dire que dès que le champ électrique agit, un très grand nombres d'électrons sont excités tout le long du fil électrique et permet ainsi la conduction électrique. Cela explique pourquoi l'éclairage est quasi instantané dès qu'on actionne l'interrupteur.

Pargnus

[mathier]

ok donc
dès qu'un champ électrique est appliqué , chaque électron libre du fil de 4m par exemple va parcourir à une vitesse faible (0,6mm/s) appelée vitesse de dérive une distance correspondant au libre parcours moyen (qq 10ene de nm).
donc globalement on a un mouvement quasi instantanée de l'ensemble des électrons libres
apres avoir parcouru cette distance l'électron s'arrête ? ce n'est pas possible car sinon plus de courant?

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

ok donc
dès qu'un champ électrique est appliqué , chaque électron libre du fil de 4m par exemple va parcourir à une vitesse faible (0,6mm/s) appelée vitesse de dérive une distance correspondant au libre parcours moyen (qq 10ene de nm).
donc globalement on a un mouvement quasi instantanée de l'ensemble des électrons libres
apres avoir parcouru cette distance l'électron s'arrête ? ce n'est pas possible car sinon plus de courant?

Re.
Non.
La vitesse due à l'agitation thermique est beaucoup plus grande que la vitesse due au champ électrique. Et le temps entre deux collisions et tel que l'augmentation de vitesse est très petite.
Ce n'est que globalement et qu'en moyenne les électrons ont une vitesse moyenne de l'ordre de grandeur que vous avez dit.
Et l'électron ne s'arrête pas après une collision. Il repart avec (en moyenne) la vitesse thermique.
A+

[mathier]

merci pour vos réponses
j'ai retravaillé cette notion de conductivité électrique et j'aurais encore besoin de quelques précisions.

pour le modéle de drude (ce dont on a parlé dans les messages précédents) : si je me concentre que une zone de conducteur AB de longueur correspondant au libre parcours moyen: des électrons partent de A et vont sous l'effet du champ électrique jusqu'à B . Arrivés en B ils reviennent en A sous l'effet de l'agitation thermique. Tant que le champ électrique est appliqué des électrons font ce parcourt mais ce sont des électrons différents a priori.
ce phénomène se produit sur chaque petite partie du fil donc en regardant le fil dans sa globalité c'est comme si on a une information qui se propage instantanément.
ai je compris ?

dans le modéle quantique utilisant la théorie des bandes: je ne comprends pas à quoi correspond le libre parcours moyen et le temps caractéristique vu dans le modéle de drude. pourriez vous m'expliquer?

merci

[LPFR]

Bonjour.

pour le modéle de drude (ce dont on a parlé dans les messages précédents) : si je me concentre que une zone de conducteur AB de longueur correspondant au libre parcours moyen: des électrons partent de A et vont sous l'effet du champ électrique jusqu'à B . Arrivés en B ils reviennent en A sous l'effet de l'agitation thermique. Tant que le champ électrique est appliqué des électrons font ce parcourt mais ce sont des électrons différents a priori.
ce phénomène se produit sur chaque petite partie du fil donc en regardant le fil dans sa globalité c'est comme si on a une information qui se propage instantanément.
ai je compris ?

Qu'il y ait du champ électrique ou non, les électrons passent leur temps à se cogner avec les atomes du réseau. Et ceci à des vitesses de l'ordre de 10⁵ m/s. Ces chocs distribuent l'énergie thermique équitablement entre atomes et électrons.
Et non seulement entre deux poins A et B, mais au hasard
Le fait d'ajouter un champ, modifie très, très, très légèrement la vitesse entre les chocs en donnant un peu d'énergie supplémentaire aux électrons, qui se dépêchent de la partager avec les atomes.

dans le modéle quantique utilisant la théorie des bandes: je ne comprends pas à quoi correspond le libre parcours moyen et le temps caractéristique vu dans le modéle de drude. pourriez vous m'expliquer?

Ce sont deux modèles distincts. Il n'y a pas de libre parcours moyen dans le modèle de bandes. Dans ce modèle, les électrons ne sont pas de particules mais de ondes. Et ces ondes ne sont pas localisées mais s'étalent dans tout le solide.
Et ce qui sont des chocs avec des atomes dans le modèle de Drude, sont ici des interactions entre les électrons et les phonons.
Au revoir.