Comment et pourquoi ça marche, un fil de cuivre ?

[electron ivre]

J'ai plein plein plein de questions sur toutes sortes de choses qu'on trouve en électricité/électronique, mais avant ça, j'ai déjà des questions sur les matériaux conducteurs d'électricité. J'ai prévenu dans ma présentation que mes questions vont très vite dans le détail.

Dans un circuit électrique, le courant électrique est en général transporté par un fil de cuivre. Mais un fil de cuivre, c'est quoi exactement ?
- Une gigantesque molécule Cu_{15 quintilliards} ?
- Un amas de plus petites molécules de cuivre (si oui, de quelles molécules, et comment ces molécules "tiennent ensemble") ?
- Est-ce que ça contient d'autres éléments que du cuivre (outre les éventuelles impuretés, je veux dire) ?

J'ai encore une tonne de questions après ça...
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[BaptChirale]

Bonjour,
Premièrement le cuivre est un atome et non une molécule. Il y a environ 9,5X10²¹ atomes de cuivre par gramme.
On parle de liaisons métalliques (entres les atomes de cuivre) où les électrons peuvent facilement passer d'un atome à un autre, rendant ainsi le metal ductile (mercure excepté notamment) et bon conducteur thermique et électrique. On peu ajouter qu'en règle générale les métaux sont plutôt réducteurs.
Un fil de Cu, (je ne parle pas de la gaine en plastique) contient du cuivre comme son nom l'indique. Evidemment, le fil de cuivre commercial contient un faible pourcentage de nombreuses impuretés qui ne gênent pas vraiment. Il serait impossible de faire entièrement disparaître ces impuretés, on ne pourrait que diminuer encore leurs quantités ce qui augmenterait le prix du fil pour le consommateur. Mais le fil est donc fabriqué en cuivre élémentaire et non en un alliage si cela était ta question.

Je te conseille de te renseigner sur les premières notions de chimie, cela me parait un bon point de départ pour la suite. Si tu es un peu autodidacte "khan Academy" me semble un bon point de départ. C'est un site gratuit où des profs bénévoles expliquent de nombreuses matières (dont la chimie) à travers de courtes vidéos et articles ainsi que des exercices corrigés. Une très bonne ressource pour débuter.

Bonne soirée

[electron ivre]

Merci, je sais très bien que le cuivre est un atome... mais comment voulais-tu que j'appelle un truc qui ne contiendrait QUE du cuivre autrement que "molécule de cuivre" ? La liaison métallique, je n'en ai vraiment jamais entendu parler, il faudra que je me renseigne sur ça.

Oui donc un fil de cuivre "idéal" ne contient que l'élément cuivre, et rien d'autre. Et c'est par la nature de la liaison métallique que les électrons peuvent circuler le long du fil. Je saurai quoi lire dans le bus ce matin.


Je n'aime pas trop pousser ce genre de gueulantes, mais... j'ai fait un bac S il y a 10 ans, j'ai fait une prépa avec de la physique et de la chimie pendant 2 ans... et j'ai VRAIMENT l'impression de n'avoir RIEN appris... en tout cas, rien qui soit utile pour comprendre quoi que ce soit. La preuve.

[penthode]

Gogol est ton ami

un exemple au hasard :

https://m.youtube.com/watch?v=rpnYSHTJibk

Et des centaines d'autres

[A voir en vidéo sur Futura]

[moco]

Au niveau des classes secondaires, moi je dis qu'un métal est une sorte d'atomes qui ne possède que très peu (un ou deux) électrons sur sa couche extérieure, alors que le maximum possible est en général égal à huit (ou davantage). Il y a donc beaucoup de places libres sur la couche extérieure de chaque atome de métal. Quand on entasse un grand nombre de ces atomes dans un morceau de métal, rien n'empêche un électron externe d'un atome quelconque de passer sur l'atome voisin par simple contact, pour autant que celui-ci fasse pareil avec un voisin. Avec ce modèle, les électrons extérieurs ne sont pas localisés à vie sur le même atome. Ils peuvent passer d'un atome à l'autre, pour autant que le même phénomène se produise avec les autres atomes du métal. On peut alors comparer le morceau de métal comme un empilement d'atomes ayant souvent perdu un électron entre lesquels se trouve un essaim d'électrons mobiles, ou une sorte de gaz d'électrons. Comme l'attraction colombienne est maintenue, le morceau de métal tient en place, et les atomes sont tenus ensemble par ce qu'on appelle la liaison métallique.
On comprend pourquoi, si on pose un morceau de métal entre un pôle positif et un négatif, les électrons soient chassés par le pôle négatif et soient attirés par le pôle positif, ce qui crée un courant d'électrons ou courant électrique.

[gts2]

Au vu de vos études, vous avez obligatoirement vu la liaison métallique et le cristal de même nom, ainsi que l'explication "avec les mains" de @moco sur la conductivité électrique.
Donc qu'est-ce qui vous pose problème ? Pour aller au-delà d'"avec les mains", la conduction métallique s'explique par la mécanique quantique.

[electron ivre]

Merci pour vos réponses. Je confirme que si c'était au programme de mes études, je ne l'ai quand même pas vu. Cependant j'ai découvert une tonne de choses sur lesquels je dois me renseigner, rien que sur la page ici : https://fr.wikipedia.org/wiki/Liaison_m%C3%A9tallique

Je vais essayer de comprendre ces phénomènes de délocalisation électronique, comprendre en détail le fonctionnement derrière les couches électroniques, etc. J'ai du boulot !

[electron ivre]

J'aimerais revenir sur ce qu'avait dit moco.

J'imagine un modèle où j'ai : un générateur, un "fil" de deux atomes de cuivre A et B, et une "sortie" à la fin du fil de cuivre. Donc mon générateur commence à envoyer des électrons vers le fil de cuivre.

Soit Emile un électron qui sort du générateur. Il rencontre l'atome de cuivre A. Emile va donc échanger sa place avec un électron de A, c'est ça ? Puis une fois qu'Emile est sur l'atome A, il va échanger sa place avec un électron de B, puis il va échanger sa place avec un électron de la "sortie". C'est bien ça ? Donc Emile avance le long du circuit, et à chaque pas qu'il fait, un électron du circuit recule d'un atome ?

[antek]

Non !
On ne sait pas le nom de l'électron qui sort de B (ni d'où que ce soit d'ailleurs).

C'est bizarre ce questionnement après deux ans de prépa . . .

[iharmed]

Merci, je sais très bien que le cuivre est un atome... mais comment voulais-tu que j'appelle un truc qui ne contiendrait QUE du cuivre autrement que "molécule de cuivre" ?

bonjour

Bien
Tu sais que c’est un atome
Au lieu de l’appeler molécule appelle le cristal.

Les atomes métalliques se rassemblent en cristaux et non en molécules.

En réalité un ensemble de petits cristaux liés par des joints,

Bref, les noyaux sont bien liés et les électrons sont libres (ivres)

[skeptikos]

Bonjour,
Il ne suffit pas d'apprendre, il faut retenir. j'ai l'impression que de nos jours on bachote pour passer le diplôme et on oublie tout après.
Vous avez sur ce site des anciens qui comme MOCO ont encore des connaissances.
@+

[moco]

Je reprends ton texte et je le corrige. Ton texte est en italique. Le mien en caractères droits.

Soit Emile un électron qui sort du générateur. Il rencontre l'atome de cuivre A. Emile va donc échanger sa place avec un électron de A, c'est ça ?

Non. Emile ne va rien "échanger". Il se place sur l'orbite extérieure de A, et ce faisant repousse l'électron de A qui s'y trouvait vers l'atome B voisin. L'atome B voisin fait de même avec son électron à lui qui est attiré et capté par le pôle positif extérieur.

Puis une fois qu'Emile est sur l'atome A, il va échanger sa place avec un électron de B, puis il va échanger sa place avec un électron de la "sortie". C'est bien ça ? Donc Emile avance le long du circuit, et à chaque pas qu'il fait, un électron du circuit recule d'un atome ?

Non. Un électron de trop en pousse un autre vers le pôle positif, qui ensuite en pousse un autre. Mais aucun électron ne fait demi-tour. Le résultat est qu'un électron passe d'un atome à l'autre, et toujours dans le même sens. Mais ce n'est pas toujours le même.

[electron ivre]

Vous êtes vraiment sympas, sur ce forum, à juger les gens avant de bien les connaître. Je viens ici précisément parce que je veux apprendre et comprendre, je pose les questions qui m'intéressent, et on me répond sur un ton rabaissant presque tout le temps. Vous trouvez que c'est la bonne attitude pour aider les gens ? Je les ai encore, mes cours de prépa. Je les ai lus et appris à l'époque, je savais faire ce qu'on me demandait. Si je pose une question sur un truc, c'est que ce truc n'était pas dans mes cours. Je prenais mes cours correctement, j'écrivais tout, je notais même les petites remarques à l'oral du prof. Tout. Ce n'est pas dedans. Je vous demande uniquement quelles sont les choses que je dois chercher pour travailler par moi-même sur mon temps libre après. Est-ce qu'on a fait de la cristallographie ? Oui, un peu, mais il n'y a pas un mot sur la structure des métaux dans ce qu'on avait fait. Avec le cours que j'ai eu, pour moi un cristal c'était une molécule particulière. Je ne savais même pas qu'il existe d'autres liaisons entre des atomes qu'une liaison électron-électron. Je viens de découvrir ça : https://fr.wikipedia.org/wiki/Liaison_chimique et la seule dont j'ai entendue parler (à part la liaison covalente) c'est la force de van der Waals (et je ne sais plus très bien ce que c'est, mais je peux le réapprendre).

Si vous trouvez que je raconte n'importe quoi, peut-être que ça veut simplement dire que mon cours/prof de physique était particulièrement naze. J'ai fait un Master de mathématiques après, je sais travailler et réfléchir. Ne me prenez pas de haut comme ça. moco a simplement répondu à la question que je posais, sur un ton neutre. Faites pareil ou ne me répondez juste pas, merci. Je n'ai pas besoin de condescendance.

Donc, reprenons : un électron sort du générateur. Pour entrer sur le fil de cuivre, il échange sa place avec un éléctron sur le premier atome de mon fil imaginaire à deux atomes de cuivre. Ensuite, un électron du premier atome de cuivre va échanger sa place avec un électron sur le second atome, mais ça n'a aucune raison d'être l'électron qui venait d'arriver en provenance du générateur, c'est ça ? Parce que si c'est ça, j'ai une question. L'électron qui provient du générateur, je peux comprendre qu'il ait envie de "sauter" sur le premier atome de cuivre (j'imagine que le générateur "force" l'électron à se déplacer dans une certaine direction). Donc il échange sa place avec un électron de l'atome de cuivre, et se retrouve sur l'atome de cuivre. Pourquoi, à ce moment-là, UN AUTRE électron aurait-il subitement envie de sauter sur l'atome de cuivre suivant ? (et ainsi propager le courant, quoi).

D'ailleurs, vous pouvez me répondre avec des vrais termes techniques, hein. Je les connais probablement mais je n'y attache peut-être pas la bonne idée pour le moment, mais c'est comme ça que j'apprendrai.

EDIT : moco a répondu pendant que je tapais ceci. Merci à toi !

[electron ivre]

J'avais mal interprété "rien n'empêche un électron externe d'un atome quelconque de passer sur l'atome voisin par simple contact, pour autant que celui-ci fasse pareil avec un voisin."

C'est plus clair (et plus logique) maintenant. Cependant, ça pose une autre question : les électrons, puisqu'ils fuient vers le pôle positif, à un moment, au pôle négatif, il n'y en aura plus (typiquement, quand une pile se vide). Du coup, le pôle négatif aura un déficit d'électrons, non ? Est-ce que ça ne va pas inciter des électrons à "revenir" en arrière pour "recharger" le pôle négatif, puisqu'il aura un déficit de charges négatives ? Ce n'est clairement pas le cas, sinon une pile se rechargerait toute seule une fois vidée tant qu'elle serait encore dans le circuit, donc pour quelle raison il n'y a pas de "retour" d'électrons ? Manque d'énergie ?

[Deedee81]

Bonjour,

J'ai déplacé en physique qui me semble un forum plus approprié pour ces questions.

[Deedee81]

Salut,

les électrons, puisqu'ils fuient vers le pôle positif, à un moment, au pôle négatif, il n'y en aura plus (typiquement, quand une pile se vide). Du coup, le pôle négatif aura un déficit d'électrons, non ? Est-ce que ça ne va pas inciter des électrons à "revenir" en arrière pour "recharger" le pôle négatif, puisqu'il aura un déficit de charges négatives ? Ce n'est clairement pas le cas, sinon une pile se rechargerait toute seule une fois vidée tant qu'elle serait encore dans le circuit, donc pour quelle raison il n'y a pas de "retour" d'électrons ? Manque d'énergie ?

La pile fournit en fait un champ électrique (grâce à des ions positifs et négatifs). Le nombre de charges positives et négatives dans la pile sont égaux (par conservation de la charge électrique). C'est ce champ qui met les électrons en route. Mes électrons en quittant une électrode et rentrant dans l'autre neutralisent les ions (qui sont reformés par réaction chimique.... jusqu'à ce que ça soit épuisé).
A supposer que ça s'arrête brusquement (ce n'est jamais le cas mais simplifions) alors le flux d'électrons va s'arrêter aussi brusquement. Comme les électrons quittaient l'électrode négative et rentraient dans l'électrode positive en même temps (imagine une longue file de voiture : une entre d'un coté, une autre sort de l'autre, en même temps ou peu s'en faut) les ions sont neutralisés ensemble, des deux côtés, et tout s'arrête sans excès de charge.

L'analogie c'est un réservoir d'eau plein qui se verse dans un réservoir vide, ça s'arrête quand c'est au même niveau, sans "retour en arrière".

[kimist]

Bonjour,

Dans le cas d'une pile, il y a une réaction chimique d'oxydo réduction qui a lieux, qui consomme les électrons au pôle positif et fournit des électrons au pôle négatif, la pile est vide quand la réaction est finie.

De manière générale, on parle de circuit électrique car les électrons circulent en boucle, donc il n'y a pas réellement d'endroit ou les électrons s'accumulent.

Après si tu veux aller plus loin, tu peux regarder du côté de condensateur, qui ont ce type de comportement.

[electron ivre]

Je ne parlais pas d'un endroit où les électrons s'accumulent mais d'un endroit où ils finiraient par manquer. A force d'envoyer des électrons dans un circuit, j'ai du mal à imaginer que les électrons ne s'épuisent pas dans le générateur... sauf s'ils reviennent effectivement dans le générateur pour se refaire canonner vers le circuit. Mais à part les piles "à deux compartiments" qui fonctionnent à l'oxydoréduction, je ne connais aucune "architecture" de générateur électrique. Donc je ne sais pas trop comment ça marche.

[gts2]

Le dispositif où les électrons "finissent par manquer" est un condensateur, quand l'électrode voit sa charge passer à 0, dans ce cas le potentiel est nul et tout s'arrête.
Mais un condensateur n'est pas un générateur.

Un générateur simpliste de tension continue est le rail de Laplace, et les électrons rentrent d'un côté et sortent de l'autre, il n'y a ni accumulation, ni disparition, ils circulent tout simplement.
Pour reprendre l'exemple de la voiture de Deedee81, le rail de Laplace serait un monte charge qui remonterait les voitures.

[Sethy]

Je ne parlais pas d'un endroit où les électrons s'accumulent mais d'un endroit où ils finiraient par manquer. A force d'envoyer des électrons dans un circuit, j'ai du mal à imaginer que les électrons ne s'épuisent pas dans le générateur... sauf s'ils reviennent effectivement dans le générateur pour se refaire canonner vers le circuit. Mais à part les piles "à deux compartiments" qui fonctionnent à l'oxydoréduction, je ne connais aucune "architecture" de générateur électrique. Donc je ne sais pas trop comment ça marche.

Prend l'analogie d'une chaine de vélo. Certes, le pedalier "tire" les maillons mais il les repousse aussi.

Une pile ou un générateur, c'est pareil. Il "attire" les électrons à l'un de ses poles et les repoussent à l'autre. Donc pas d'accumulation.

Si tu veux une autre preuve, c'est en séparant les 2 demi-piles d'une pile. C'est à dire en ôtant le pont salin entre les deux compartiments. Sans pont salin, il y aurait accumulation des charges mais justement on ne l'observe pas parce que sans pont salin ... pas de courant produit.

Vidéo ici : https://www.youtube.com/watch?v=_nHeb-fs5eA

[mach3]

Un fil intéressant à lire, et contenant des liens vers d'autres fils intéressant eux-aussi, proche du sujet :

https://forums.futura-sciences.com/c...e-daniell.html

m@ch3

[gts2]

Pour entrer sur le fil de cuivre, il échange sa place avec un éléctron sur le premier atome de mon fil imaginaire à deux atomes de cuivre. Ensuite, un électron du premier atome de cuivre va échanger sa place avec un électron sur le second atome, mais ça n'a aucune raison d'être l'électron qui venait d'arriver en provenance du générateur, c'est ça ?.

Non, ce n'est pas vraiment cela : la liaison métallique fait que les électrons qui vont conduire le courant sont quasi libres, le déplacement des électrons est commandé par le champ électrique généré par la pile.

[Deedee81]

Salut,

Un petit dessin animé valant mieux qu'un grand discours immobile
https://phet.colorado.edu/fr/simulat...y/conductivity

Y a pas mal d'applets sympa sur ce site.

[electron ivre]

Désolé si je ne viens pas souvent ici, niveau temps je suis un peu serré en ce moment. Je lis tout, j'y réfléchis, et je reviendrai avec d'autres questions quand j'en aurai.

En tout cas merci à ceux qui m'ont répondu !