Electrons lents

[MarcelT]

Bonjour,

Je ne suis pas spécialiste en Physique mais toutes les sciences m'intéressent.
J'ai fait un calcul dont les résultats me paraissent bizarres.
Pourriez vous me dire ou il y a erreur, s'il y a erreur.
J'essaie de calculer la vitesse des électrons qui se déplacent dans un fil de cuivre parcouru par un courant de 1 Ampère.

La charge de l’électron est de 1.602*10^-19 Coulombs.
Un Ampère, c’ est un Coulomb qui passe pendant une seconde. Donc 1A=1C/1s
Donc, c’est 1/1.602*10^-19 , c’est à dire 6.24*10¹⁸ électrons qui passent pendant une seconde.
Cela fait 6.24 milliards de milliards d’électrons qui passent pendant un seconde.
Cela fait aussi 6.24 milliards d’électrons qui passent pendant un milliardième de seconde.
Supposons un fil de cuivre de 0.5mm de rayon de section, c’est à dire 5*10^-4 m de rayon de section. La surface de la section est de 7.85*10^-7 m2
Un atome de cuivre occupe une sphère de 140*10^-12 mètres de rayon (rayon de Van der Walls), c’est à dire une surface 6.15*10^-20 m2
Il y a donc à peu près 10¹³ atomes de cuivre sur une section du fil.
Supposons qu’il passe 1 ampère sur ce fil. Il passe donc 6.24*10¹⁸ électrons pendant une seconde qui se répartissent sur 10¹³ atomes. Cela fait 6.24*10⁵ électrons qui passent chaque seconde sur chaque atome c’est à dire 624000 électrons.
L’épaisseur d’une couche sur une section du fil de cuivre est égale au diamètre des atomes c’est à dire deux fois le rayon de van der Walls, c’est à dire 280*10^-12 mètres.
Un électron parcours donc 280*10^-12 mètres en 1/624000 secondes.
Sa vitesse est donc de 280*10^-12 mètres/1/624000 secondes. Cela fait 1.7*10^-4 m/s c’est 0.17 mm/s.
Les électrons se déplacent donc lentement dans ce fil.
-----

[f6bes]

Bsr à toi et bienvenue sur FUTURA,
La vitesse des électrons dans un conducteur est celle d'un....escargot (et si c'est du courant ...continu)
En alternatif , l'électron n'as pas le temps de partir dans un sens , qu'à la demi alternance suvante...il doit repartir dans...l'autre sens.
Il fait donc du...sur place ( en alternatif)

Bonne soirée

[HugoD]

Bsr à toi et bienvenue sur FUTURA,
La vitesse des électrons dans un conducteur est celle d'un....escargot (et si c'est du courant ...continu)
En alternatif , l'électron n'as pas le temps de partir dans un sens , qu'à la demi alternance suvante...il doit repartir dans...l'autre sens.
Il fait donc du...sur place ( en alternatif)

Bonne soirée

Bonjour f6bes,

Merci pour ton message, il m'aide beaucoup et je pense qu'il aidera l'auteur du sujet.
C'est assez fou tout de même. On associe souvent l'infiniement petit à une vitesse importante, alors qu'en réalité ce n'est pas toujours le cas.

De mémoire (certainement fausse ?), les électrons peuvent aller jusqu'à la célérité de la lumière dans les matériaux supraconducteurs, ce qui fait une grosse différence avec l'escargot dont nous parlions.

[LPFR]

Bonjour et bienvenu au forum.
Votre calcul est au peu près correct. Je n’aime pas un nombre d’électrons dans une section. Ils sont dans un volume. J’imagine que votre section a l’épaisseur d’un atome.

En tout cas le calcul simple, en partant du nombre d’électrons libres dans le cuivre (il y a un peu moins qu’un électron par atome), donne bien une vitesse de 10 à 50 µm/s pour des densités de courant « ordinaires », comme celle que vous avez prise.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[MarcelT]

Bonjour,

Merci pour vos réponses

Pour continuer sur ce sujet, j’ai imaginé une autre forme d’explication.
Celle-ci est fausse, je crois, mais je voudrais la rédiger.
En effet dans la partie précédente, je considère qu’un électron qui voyage dans un fil électrique pousse l’électron suivant, qui pousse le suivant et ainsi de suite. L’électron se déplace très lentement mais celui, à l’autre bout se déplace de suite. Donc le message se propage très vite.
J’ai lu, ici et là qu’un objet chargé électriquement à, soit des électrons en plus et il est alors négatif ou des électrons en moins et il est alors positif.
Prenons le cas d’électrons en plus. J’ai lu également que les électrons en plus se répartissent sur la surface externe. En effet, comme ils sont en trop, ils se repoussent plus que les charges positives ne les attirent. J’avais alors imaginé que dans le cas d’un courant électrique, les électrons pourraient circuler sur le pourtour du fil électrique. Dans ce cas, les électrons à l’intérieur du fil ne bougeraient pas et c’est les arrivants qui iraient à l’autre bout du fil. La vitesse de ceux-ci serait donc beaucoup plus grande que celle calculée précédemment.
Mon raisonnement est faux car dans ce cas, la résistance d’un fil dépendrait de la circonférence du fil et il est prouvé qu’elle dépend de sa section. De plus, un fil creux serait formidable car il multiplierait la surface extérieure par 2 (la surface extérieure et la surface intérieure).
Ceci dit, n’y a t il pas un peu de vrai dans mon raisonnement. Les électrons du centre du fil ne se déplaceraient ils pas un peu plus lentement que ceux du pourtour.

[PIXEL]

l'effet de peau n'existe qu'en courant alternatif , et augmente avec la fréquence.

https://fr.wikipedia.org/wiki/Effet_de_peau

[LPFR]

Bonjour,

Merci pour vos réponses

Pour continuer sur ce sujet, j’ai imaginé une autre forme d’explication.
Celle-ci est fausse, je crois, mais je voudrais la rédiger.
En effet dans la partie précédente, je considère qu’un électron qui voyage dans un fil électrique pousse l’électron suivant, qui pousse le suivant et ainsi de suite. L’électron se déplace très lentement mais celui, à l’autre bout se déplace de suite. Donc le message se propage très vite.
J’ai lu, ici et là qu’un objet chargé électriquement à, soit des électrons en plus et il est alors négatif ou des électrons en moins et il est alors positif.
Prenons le cas d’électrons en plus. J’ai lu également que les électrons en plus se répartissent sur la surface externe. En effet, comme ils sont en trop, ils se repoussent plus que les charges positives ne les attirent. J’avais alors imaginé que dans le cas d’un courant électrique, les électrons pourraient circuler sur le pourtour du fil électrique. Dans ce cas, les électrons à l’intérieur du fil ne bougeraient pas et c’est les arrivants qui iraient à l’autre bout du fil. La vitesse de ceux-ci serait donc beaucoup plus grande que celle calculée précédemment.
Mon raisonnement est faux car dans ce cas, la résistance d’un fil dépendrait de la circonférence du fil et il est prouvé qu’elle dépend de sa section. De plus, un fil creux serait formidable car il multiplierait la surface extérieure par 2 (la surface extérieure et la surface intérieure).
Ceci dit, n’y a t il pas un peu de vrai dans mon raisonnement. Les électrons du centre du fil ne se déplaceraient ils pas un peu plus lentement que ceux du pourtour.

Bonjour.
Les électrons ne se poussent pas les uns aux autres. Ils gigotent dans le conducteur à des vitesses très grandes (des km/s) avec ce que l’on appelle « agitation thermique ». Mais la vitesse moyenne, malgré cette agitation est nulle.
Ce qui fait avancer les électrons est le champ électrique appliqué.

L’excès d’électrons ou le défaut d’électrons, s’accumule dabs la surface dans le cas électrostatique.
Les électrons circulent dans tout le conducteur sauf pour l’effet de peau mentionné par PIXEL.
Au revoir.