La supraconductivité : circulation des électrons

[cosmoff]

Bonjour,

Pour moi, lors d'un passage d'un courant dans un fil de cuivre, les électrons passent d'un atome à un autre directement, car il n' y a pas de vide entre les atomes. Quand l'électron arrive à l'atome voisin, l' électron cède son énergie à cet atome qui va légèrement vibrer ( effet joule ).

Mais si la supraconductivité ne fait pas chauffer le fil, alors l'électron ne peut jamais rentrer dans l'atome sinon il transmettrait son énergie et ferait vibrer l'atome.

Ma question est : sous l' effet de la supraconductivité, ou voyagent les électrons entre 2 potentiels ?

merci d'avance pour tous vos éclaircissement.
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[albanxiii]

Bonjour,

C'est beaucoup plus large que votre demande, mais si vous avez du temps : http://www.espace-sciences.org/confe...praconducteurs

Dans un métal il faut plutôt imaginer que les atomes forment un cristal et qu'ils mettent en commun l'électron le plus éloigné du noyau. On a ainsi un cristal de cœurs d'atomes chargés positivement (puisqu'ils on cédé un électron) et un nuage d'électrons, chargé négativement. L'ensemble est bien sur électriquement neutre.

Il n'y a pas, ou très peu, d'échange d'énergie entre les électrons et les cœurs d'atomes lors de la conduction. C'est contre intuitif, mais l'effet Joule est du aux perte d'énergie des électrons quand il entrent en collision avec des défauts du réseau cristallin précédent (impuretés, dislocations, etc.). Et dans un métal réel il y a toujours énormément de défauts cristallins, donc toujours de l'effet Joule.

Dans la supraconductivité, c'est un peu différent. Les électrons sont associés par deux (paires de Cooper) et forment des "quasi-particules" ou particules de spin entier, donc des bosons. Et lorsque le métal est dans l'état supraconducteur, il y a une fraction de ces paires d'électrons qui se trouve dans le plus bas état d'énergie possible. Ils ne peuvent donc plus en perdre, puisqu'ils sont déjà au minimum, lorsqu'ils rencontrent des défauts du réseaux cristallin.

Je suis rapide, mais c'est l'idée.

@+

[Deedee81]

Salut,

Il n'y a pas, ou très peu, d'échange d'énergie entre les électrons et les cœurs d'atomes lors de la conduction. C'est contre intuitif, mais l'effet Joule est du aux perte d'énergie des électrons quand il entrent en collision avec des défauts du réseau cristallin précédent (impuretés, dislocations, etc.). Et dans un métal réel il y a toujours énormément de défauts cristallins, donc toujours de l'effet Joule.

Il y a aussi les phonons (vibrations du cristal et collisions entre phonons et électrons). C'est pour cela que la résistance d'un métal (*) baisse lorsque T diminue (mais elle n'atteint pas 0, la chute brutale fut une surprise lors de la découverte de la supraconductivité, voir par exemple http://les-supraconducteurs.e-monsit...vous/test.html ).

(*) je précise car c'est différent pour un semi-conducteur.

Notons d'ailleurs que les supraconducteurs ne sont pas nécessairement de très bons conducteurs à température ambiante. Ca illustre bien l'explication d'albanxiii. On gaine ainsi souvent un câble supraconducteur avec du cuivre. Le cuivre ne devient pas supraconducteur, mais en cas de perte de supraconductivité (échauffement accidentel par exemple ou champ magnétique trop fort) il absorbe l'excès de courant le temps qu'il baisse et évite ainsi au câble de griller. Notons que ce n'est pas toujours possible. Ainsi les fils des électroaimants ne peuvent pas avoir de genre de sécurité sinon ils seraient trop gros. C'est pourquoi lorsqu'il y a eut ce problème au démarrage du LHC, l'électroaimant (fils en Niobium et titane) a grillé avec des dégâts considérables.

[albanxiii]

Merci Deedee81, en effet, je suis allé un peu vite sur certains points.. comment ai-je pu oublier les phonons (c'est le premier chapitre du cours de physique du solide de J. Lewiner) ?

[A voir en vidéo sur Futura]