Le vide est-il conducteur ?

[invite19431173]

Bonsoir !

Question toute bête que m'ont posé les élèves : le vide est-il conducteur vis à vis du courant électrique ? Je précise qu'on est sur le niveau 5ème, donc on parle de courant continu.

Merci !
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[f6bes]

Bonsoir !

Question toute bête que m'ont posé les élèves : le vide est-il conducteur vis à vis du courant électrique ? Je précise qu'on est sur le niveau 5ème, donc on parle de courant continu.

Merci !

Bsr à toi,
Si on s'en tiens au niveau 5 éme ...le vide n'est pas conducteur.
Deux électrodes dans une enceinte vide soumise à une différence de potentiel ( bien sur...lequel !!) et il ne se passe pas grand chose.
Autre point d'interrogation..."épaisseur" (distance entre électrodes) du...vide.
1mm de vide et 10 000volts pas sur que ça amorçe pas !

Bonne soirée

[invitea3d6ffd2]

Si l'on prend l'exemple d'une bougie d'un moteur à combustion, l'étincelle (le passage de courant donc) se fait 2 étapes. Une première et importante étape consiste à la ionisation de la zone entre les électrodes et la seconde étant l'étincelle visible. Dans un gaz ça marche bien mais ça pression peut ajouter une contrainte. Dans l'air ambiant à la pression atmosphérique, ça marche super bien du genre suivant la bobine qui fournit on peut faire "cracher" une étincelle de plusieurs centimètres. Dans le vide j'ai un très gros doute car il faut ioniser des molécules et ioniser des molécules de vide ça doit être compliqué non ?
Enfin j'émets mon avis discutable et des physiciens pourront répondre avec plus de conviction ...

[Xoxopixo]

Question toute bête que m'ont posé les élèves : le vide est-il conducteur vis à vis du courant électrique ? Je précise qu'on est sur le niveau 5ème, donc on parle de courant continu.

C'est une question piège.

Si le courant peut être vu comme un déplacement de charge, il y aura bien un petit malin qui répondra :
"Et pourquoi un tube cathodique conduit le courant Mr Benjy ?".
Et il n'aurait pas tord.

Tout le monde n'est peut-être pas encore passé aux ecrans plats.

[A voir en vidéo sur Futura]

[LPFR]

Bonjour.
F6bes a raison. Le vide ne conduit pas car dans le vide il n'y a rien. Et il n'y a pas de particules chargées.
On peut injecter des particules chargées comme des électrons avec une cathode ou un filament chaud comme dans les tubes à vide. Dans ce cas il y a des électrons dans le ex-vide et on peut faire passer du courant.
On peut aussi injecter des électrons par émission de champ, avec les champs énormes en utilisant l'effet de pointes. Mais, comme avant, ce n'est plus du vide.
Au revoir.

[PA5CAL]

Bonjour

Le vide ne conduit pas car dans le vide il n'y a rien. Et il n'y a pas de particules chargées.

Le même raisonnement conduirait à dire qu'on ne peut pas circuler dans une rue vide, parce qu'alors elle ne serait plus vide. Ça me fait penser à la question-piège : « combien de croissants peut-on manger à jeûn ? ».

La question « le vide est-il conducteur vis à vis du courant électrique ? » a certainement besoin d'une réponse développée, sinon on risque de s'enfoncer dans un débat qui n'a d'autre tenant qu'une question très discutable de vocabulaire.

Si « conducteur » est pris dans le sens « qui se laisse facilement traverser » [réf: dictionnaire Le Littré], on peut encore pinailler sur le sens de « facilement », mais il n'en reste pas moins que les porteurs de charge introduits dans le vide s'y déplacent librement et sans entrave, et ils le traversent même promptement lorsqu'ils sont soumis à un champ électrique.

Une réponse positive nécessiterait une bonne explication (un rappel sur le principe de fonctionnement des tubes électroniques à vide ferait l'affaire), mais je pense qu'une réponse négative n'est certainement pas de mise.

[LPFR]

Re.
Vous avez probablement étudié les équations de Maxwell dans le vide. Et précisément on les fait "dans le vide" pour éviter les courants et leur création de champ électrique variable et du champ magnétique.
Donc, je me tiens à cet usage en physique: dans le vide il n'y a rien.
Si la question est "Est-ce que les électrons peuvent circuler dans un espace vide de toute autre particule?" alors la réponse est "oui". Mais si vous appliquez un champ et qu'il n'y a pas de charges, il n'y aura pas de courant.
Et dans une rue sans voitures, la circulation est nulle.
A+

[coussin]

Si on se demande si le vide est conducteur, c'est plus du vide car il y a au moins 2 électrodes quelque part. Cela étant dit, le vide possède une tension de claquage.

[LPFR]

Re.
Et puisque vous appelez le Littré, j'appelle le dictionnaire de l'Académie (http://www.cnrtl.fr/definition/conducteur)::

B.− PHYS. Qui transmet (la chaleur, un courant, un influx, etc.). Corps conducteur, p. ell. conducteur. Bon, mauvais conducteur :

Donc, suivant l'Académie, le vide ne conduit pas (ne transmet pas). Si vous l'insérez dans un circuit électrique, le courant ne passe pas.
A+

[phys4]

Bsr à toi,
Si on s'en tiens au niveau 5 éme ...le vide n'est pas conducteur.
Deux électrodes dans une enceinte vide soumise à une différence de potentiel ( bien sur...lequel !!) et il ne se passe pas grand chose.
Autre point d'interrogation..."épaisseur" (distance entre électrodes) du...vide.
1mm de vide et 10 000volts pas sur que ça amorçe pas !

Bonne soirée

Bonjour à vous,
f6bes a raison de souligner une limite, dans le vide il n'y a pas de champ de claquage, il y a un champ limite sur les électrodes (effet de pointe)
Si l'on atteint un champ limite en surface des électrons sont arrachés des électrodes. Ces électrons fortement accélérés vont à leur tour ioniser l'électrode positive.
Les champs limites sont beaucoup plus élevés dans le vide que dans l'air.

Dans les tubes électroniques, il y a des filaments chauds ou des cathodes qui émettent des électrons

[PA5CAL]

Vous avez probablement étudié les équations de Maxwell dans le vide. Et précisément on les fait "dans le vide" pour éviter les courants et leur création de champ électrique variable et du champ magnétique.
Donc, je me tiens à cet usage en physique: dans le vide il n'y a rien.
Si la question est "Est-ce que les électrons peuvent circuler dans un espace vide de toute autre particule?" alors la réponse est "oui". Mais si vous appliquez un champ et qu'il n'y a pas de charges, il n'y aura pas de courant.
Et dans une rue sans voitures, la circulation est nulle.

Si je place un barreau de cuivre dans un champ électrique constant, il n'y aura pas plus de courant qui circule que dans le vide.

Pour qu'il y ait un courant dans un milieu conducteur, il faut y apporter des porteurs de charge à une extrémité et les en retirer l'autre.

Conducteur ne signifie pas « qui est le siège d'un courant », mais « qui permet le passage d'un courant ».

En reprenant l'analogie de la rue, la question n'est pas de savoir s'il y a de la circulation, mais si la rue peut permettre ou s'oppose à cette circulation lorsqu'elle se présente.

Et puisque vous appelez le Littré, j'appelle le dictionnaire de l'Académie (http://www.cnrtl.fr/definition/conducteur)::

B.− PHYS. Qui transmet (la chaleur, un courant, un influx, etc.). Corps conducteur, p. ell. conducteur. Bon, mauvais conducteur :

Donc, suivant l'Académie, le vide ne conduit pas (ne transmet pas). Si vous l'insérez dans un circuit électrique, le courant ne passe pas.

Non. Le vide peut transmettre un courant électrique, à partir d'une certaine tension qui dépend de la température et de l'espacement des électrodes.

Et d'après cette définition, dans ces conditions ça peut justement s'appeler un conducteur.

Et quand on n'est pas dans ces conditions, il n'est pas conducteur.

[Amanuensis]

Bonsoir !

Question toute bête que m'ont posé les élèves : le vide est-il conducteur vis à vis du courant électrique ? Je précise qu'on est sur le niveau 5ème, donc on parle de courant continu.

Voilà personnellement comment je répondrais, via la notion d'isolant.

Expliquer dans un premier temps qu'un matériau conducteur contient en général des charges libres de se déplacer, ce qui permet le passage du courant.

Expliquer ensuite qu'un isolant est un matériau qui ne possède pas de charges libres. Exemple le verre, ou beaucoup des "plastiques".

Le vide est comme un isolant, car ne contenant rien, il ne contient pas de charges libres.

Mais une épaisseur d'isolant ne l'est que jusqu'à une certaine différence de tension (notion qui doit être connue, j'imagine, via les piles, les transformateurs, etc.). Au delà de la "tension de claquage", le courant peut passer. Cette tension dépend du matériau et de l'épaisseur. (La notion de claquage me semble de nature à retenir l'attention à cet âge!)

À épaisseur égale, le vide a une tension de claquage plus faible que bien d'autres isolants. Le vide n'est donc pas un conducteur, c'est un isolant, mais pas le meilleur des isolants.

Cordialement,

[LPFR]

...
À épaisseur égale, le vide a une tension de claquage plus faible que bien d'autres isolants. Le vide n'est donc pas un conducteur, c'est un isolant, mais pas le meilleur des isolants.

Bonjour Amanuensis.
Je suis d'accord avec vous, sauf pour le champ de claquage du vide.
On obtient des émissions de champ avec des champs de l'ordre de 10^9 à 10^10 V/m.
Alors que les champs de claquage des isolants tournent autour de 20 MV/m. Le quartz fondu a l'air de posséder le record: 500 MV/m.
Cordialement,

[PA5CAL]

À épaisseur égale, le vide a une tension de claquage plus faible que bien d'autres isolants. Le vide n'est donc pas un conducteur, c'est un isolant, mais pas le meilleur des isolants.

Peut-on parler de claquage lorsqu'un courant peut circuler depuis une tension nulle ? C'est pourtant ce qui se passe lorsque les électrodes sont très chaudes.

Le vide n'est pas un matériau, et ce qui le caractérise c'est seulement ce qui l'entoure (le vide n'a pas de température, de pression, de densité... ).

Si je soumets un espace de 1 mm de vide à tension de 100V, le courant passe-t-il ? Parfois oui* (et le vide est alors conducteur), parfois non (et le vide est alors isolant). Entre les deux cas, on n'a pourtant pas changé les caractéristiques de ce vide.

Que l'on parle de « conducteur » dans le sens donné par l'électricien (par opposition à « isolant ») ou dans le sens donné par l'électronicien ou le physicien (qui suggère de nombreuses nuances et considérations annexes), il faut impérativement faire mention de l'environnement du vide pour en parler.

Donc, comme je le suggérais, on ne peut pas répondre par « non » à la question. Et on ne peut pas non plus répondre par un simple « oui ».


* dans le cas d'une diode de redressement passante, par exemple.

[Amanuensis]

Peut-on parler de claquage lorsqu'un courant peut circuler depuis une tension nulle ? C'est pourtant ce qui se passe lorsque les électrodes sont très chaudes.

Je répondais à Benjy, dans le cadre précis d'explications à des 5ème. Je n'ai pas l'intention de discuter d'autre chose sur ce fil, à moins que Benjy indique qu'il est intéressé par autre chose.

[PA5CAL]

Alors dans le cadre de l'explication aux 5èmes, on peut parfaitement expliquer que dans des conditions à préciser, le vide peut contenir des charges suffisamment libres pour le rendre conducteur.

[Fred des montagnes]

Salut à tous,

En fait la tension de claquage dépend, en autre, de la distance entre les électrodes, de la nature du gaz et de la pression du milieu (dans le vide la pression vaut 0Pa). Il existe des courbes (courbes de Paschen) qui donnent une idée des grandeurs. Comme il a été dit plus haut, dans le vide il n'y a plus de porteur de charge, donc il est isolant (se qui se retrouve dans les courbes de Paschen). Mais dans la pratique on ne peut pas faire un vide... vraiment vide.. il y a toujours quelques molécules qui trainent (un peu de gaz, ou les ions provenant des électrodes, etc...)

[PA5CAL]

Voilà personnellement comment je répondrais, via la notion d'isolant.

Expliquer dans un premier temps qu'un matériau conducteur contient en général des charges libres de se déplacer, ce qui permet le passage du courant.

Expliquer ensuite qu'un isolant est un matériau qui ne possède pas de charges libres. Exemple le verre, ou beaucoup des "plastiques".

Le vide est comme un isolant, car ne contenant rien, il ne contient pas de charges libres.

Dans un isolant, c'est la présence du matériau qui empêche la circulation du courant.

Dans le vide, rien ne s'oppose à la circulation des charges libres.

Dans un tube à vide, les hautes tensions ne servent qu'à accélérer les électrons. Une fois la vitesse désirée acquise, les électrons peuvent voyager dans le vide sur de grandes distances sans être freinés, contrairement à ce qui se passe dans un isolant (ou un matériau conducteur).

En revanche, ce qui peut gêner cette circulation, c'est la proximité immédiate d'un matériau, c'est-à-dire justement une absence de vide. C'est pour libérer plus facilement les électrons du matériau conducteur de la cathode qu'on chauffe cette dernière. C'est le problème de la cathode, pas celle du vide.


Le vide est conducteur, parce qu'il ne s'oppose pas à la circulation des charges libres.

Un problème de conduction apparaît à l'interface entre le vide et l'électrode qui lui communique le courant. Ce problème est analogue à celui de l'interface dans une diode à jonction, diode qui est pourtant conductrice dans des conditions précises.

[Xoxopixo]

Je répondais à Benjy, dans le cadre précis d'explications à des 5ème. Je n'ai pas l'intention de discuter d'autre chose sur ce fil, à moins que Benjy indique qu'il est intéressé par autre chose.

Certes, l'explication est académique.
Néanmoins, comment justifieriez-vous la transmission des electrons dans le vide comme n'étant pas un phénomène de conduction ?
La remarque du canon à electron est pourtant accessible aux enfants de 5eme.

L'idée devant nécessaiement ressurgir lorsqu'on leur expliquera que la matière est principalement faite de vide.

Pour ma part j'aurais différencié le phénomène pour ce qui est de la vitesse de transmission des charges.
Un electron ne se déplace pas à la vitesse de la lumière dans le vide.
Or dans un conducteur, les electrons non plus...
Et donc j'aurais parlé trop vite.

Comment aller plus loin sans parler de permittivité ou de champ ?
Quelle serait "l'image avec les mains" la plus appropriée ?

[Fred des montagnes]

Quelle serait "l'image avec les mains" la plus appropriée ?

Vous voyez ce gros pneu de camion?? Il représente une charge. Maintenant je le fait rouler en bas cette rue en pente, malheureusement il y a des passants... Si il y a beaucoup de passants, le pneu aura de la peine à arriver en bas de la rue. Mais si il n'y a ni passants, et n'y pneu, ben... il n'y a pas de pneu en bas de la rue...

[Xoxopixo]

Vous voyez ce gros pneu de camion?? Il représente une charge. Maintenant je le fait rouler en bas cette rue en pente, malheureusement il y a des passants... Si il y a beaucoup de passants, le pneu aura de la peine à arriver en bas de la rue. Mais si il n'y a ni passants, et n'y pneu, ben... il n'y a pas de pneu en bas de la rue...

C'est plutot une explication avec les pieds.
Justement, comme dit plus haut, le courant se déplace à la vitesse de la lumière, pas l'electron.
L'image de la pente, c'est pas mal ceci dit.

[PA5CAL]

dans le vide il n'y a plus de porteur de charge

et n'y pneu

Cette hypothèse suggère dès le départ qu'il n'y a pas de charge, donc pas de courant. Le raisonnement consiste par conséquent à dire que comme il n'y a pas de courant, alors il n'y a pas de courant...

Or, pour savoir si un milieu est conducteur, on doit au minimum supposer qu'on tente de lui communiquer des charges. C'est seulement en constatant si celles-ci sont transmises ou arrêtées par le milieu qu'on peut déterminer si ce dernier est plus ou moins conducteur.

Par ailleurs, les jonctions matériau/vide sont plus ou moins conductrices selon les conditions physiques des électrodes, mais le vide ne s'oppose absolument pas à la transmission des charges. Et ce dont on parle ici, ce ne sont pas les interfaces mais le milieu lui-même.

[PA5CAL]

Pour corriger l'« explication avec les pieds » :

Vous voyez ce gros pneu de camion?? Il représente une charge. Maintenant je le fait rouler en bas cette rue en pente, malheureusement il y a des passants... Si il y a beaucoup de passants, le pneu aura de la peine à arriver en bas de la rue. Mais si il n'y a ...

... pas de passant, alors le pneu a toutes les chances d'arriver rapidement en bas de la rue. »

Parce que la question est bien d'arriver ou pas à faire descendre la rue au pneu, pas celle de le trouver ni de réussir à le lancer.

[Fred des montagnes]

Par ailleurs, les jonctions matériau/vide sont plus ou moins conductrices selon les conditions physiques des électrodes, mais le vide ne s'oppose absolument pas à la transmission des charges. Et ce dont on parle ici, ce ne sont pas les interfaces mais le milieu lui-même.

Vu comme ça je suis d'accord avec toi. Le vide en lui même ne s'oppose pas au déplacement de charges... Mais il n'y a pas de charges préalablement placées dans le vide, qui peuvent être accélérées sous l'effet d'un champs électrique.

Edit: Effectivement, le fait de trouver des charges ou non dans le vide n'est pas la question posée au départ. Mais dans la pratique, si l'élève en question tante une expérience en plaçant deux électrodes dans le vide, il n'y aura pas de courant. (à moins que le champs permet d'arracher des charges aux électrodes)

[invite68c0a68f]

Bonjour,

Dire que le vide est conducteur, c'est s'exposer à la question suivante : " quelle est la valeur de la résistance électrique du vide ? ", et alors là, bon courage pour les explications avec les mains, ou les pieds...

Dans cette situation, je préfèrerais parler de la matière (conductrice ou isolante) et traiter le vide à part : il est très difficile d'y mettre des électrons, mais quand on y arrive ces derniers se déplacent librement, puisqu'il faut bien qu'ils aillent quelquepart... L'argument de LPFR "le vide n'est pas de la matière " (je paraphrase) me paraît difficile à réfuter.

[Fred des montagnes]

J'ai une petite question en passant, est-ce qu'une charge qui se déplace dans le vide, ralentie en perdant de l'énergie par rayonnement??

[PA5CAL]

Le vide en lui même ne s'oppose pas au déplacement de charges... Mais il n'y a pas de charges préalablement placées dans le vide, qui peuvent être accélérées sous l'effet d'un champs électrique.

Le problème de ce point de vue, c'est qu'un morceau de cuivre placé dans un champ électrique n'est pas non plus le siège d'un courant électrique s'il n'est pas connecté à un dispositif susceptible de lui fournir un flux de charges.

Par ailleurs, il n'est pas question d'accélérer des charges (ça, c'est une question de génération du courant) mais de maintenir une vitesse (ce qui est une question de conduction).

dans la pratique, si l'élève en question tante une expérience en plaçant deux électrodes dans le vide, il n'y aura pas de courant. (à moins que le champs permet d'arracher des charges aux électrodes)

Il s'avère que si l'élève branche une diode à vide à une source de tension, il pourra constater avec un galvanomètre assez sensible qu'un courant passe même si la cathode n'est pas chauffée électriquement (NB: elle est tout de même chauffée naturellement à 300K). Le champ électrique permet bien au courant de passer (NB: et ici, il permet surtout de passer au travers des interfaces), mais dans le cas d'un fil de fer ou d'un verre d'eau salée également.


D'autre part, si l'élève branchait une diode au silicium à l'envers, il ne pourrait pas mesurer de courant notable. Pourtant il ne faudrait pas qu'il en conclue que ce qu'il a en main est un matériau isolant.

Il faut absolument faire la distinction entre la propriété physique d'un des milieux constituants et le comportement de l'ensemble du dispositif dans une situation particulière.

[Xoxopixo]

J'ai une petite question en passant, est-ce qu'une charge qui se déplace dans le vide, ralentie en perdant de l'énergie par rayonnement??

En prennant la phrase dans l'autre sens. (est-ce qu'une charge rayonne lorsqu'elle est ralenti)
Oui, si il existe un champ electro-magnétique ou quelque-chose qui modifie la trajectoire de la charge.
(attention, l'effet de la gravité n'est pas considéré comme une modificaton de la trajectoire)

C'est le "Bremsstrahlung", traduit de l'allemand, rayonnement de freinage.

Strictly speaking, bremsstrahlung refers to any radiation due to the acceleration of a charged particle, which includes synchrotron radiation; however, it is frequently used in the more narrow sense of radiation from electrons stopping in matter.

http://en.wikipedia.org/wiki/Bremsstrahlung

Si on considere le vide comme vide de tout, champ compris, la particule ne ralenti pas.

Donc pour répondre à la question :
Non, une particule chargée, se déplacant ou pas, dans le vide, ne produit pas un champ electromagnétique (photons), car elle ne subit pas une acceleration. Elle ne ralentit donc pas en perdant de l'énergie.

[PA5CAL]

Dire que le vide est conducteur, c'est s'exposer à la question suivante : " quelle est la valeur de la résistance électrique du vide ? ", et alors là, bon courage pour les explications avec les mains, ou les pieds...

Cette question est trop simpliste pour être posée dans tous les cas de figure.

Quelqu'un pourrait-il donner « la » résistance d'une ampoule à incandescence, d'une diode, d'une batterie au plomb, d'une thermistance... ? Assurément non, car « la » valeur qu'on s'autoriserait à donner dépendrait énormément des conditions physiques de l'expérience.

La « résistance » est une notion qui n'est applicable que dans certaines situations très particulières, dans lesquelles la loi d'Ohm est localement valable.

On ferait assurément une grosse erreur de pédagogie en suggérant aux élèves qu'elle est généralisable à tout et n'importe quoi (et je ne parle même pas du vide) et qu'on peut tenir des raisonnements fiables en l'utilisant.

[Cassano]

Arrêtez moi si je me trompe, mais le vide est polarisable... je veux dire, même un vide de chez vide, pas une molécule, rien, si vous appliquez un champ suffisamment fort, peut se polariser. A mon sens, la mer de Dirac est le siège d'une création de paires, et s'il ont applique un champ suffisamment fort, on va pouvoir séparer ces paires, les faire migrer, et donc créer un courant électrique. Je dis ça par rapport à votre débat "extraction au vide", et de savoir si oui ou non on apporte des charges dans le vide (qui de fait, n'est plus tout a fait vide). Mais au regard de la création de paire, le vide possède un champ disruptif, et peut donc "claquer", non?