Question d'origine :
Bonjour,
est-il vrai que le déplacement des électrons dans un câble électrique est très lent ?
Cette vitesse dépend-elle du matériau du câble ?
Merci pour vos réponses.
Réponse du Guichet
bml_sci
- Département : Sciences et Techniques
Le 18/12/2010 à 13h20
Bonjour,
Les charges électriques, soumises à un champ électrique, subissent des forces électrostatiques : elles se déplacent. Le flux des charges à travers une surface S s’appelle l'intensité du courant électrique, et s'exprime en ampères (A).
Dans la matière, en raison de la difficulté à se frayer un chemin entre les atomes ou molécules, les porteurs de charges, soumis à l’agitation thermique, atteignent rapidement une vitesse limite très faible de l’ordre de quelques mm/s (cuivre)
C’est la loi d’Ohm qui traduit cette vitesse limite.
La propagation de l'influx électrique se fait à une vitesse voisine de celle de la lumière (aux effets capacitifs près), mais ce n'est pas pour autant la vitesse des électrons qui le constituent. Ceux-ci voyagent plus modestement à quelques dixièmes de millimètres par seconde, en fonction de l'intensité du courant et de la section du conducteur.
Vitesse de déplacement des charges électriques
Les charges, elles, se déplacent beaucoup plus lentement, environ 60 cm par heure dans un fil de cuivre. Ainsi, lorsqu’on allume la lumière, ce n’est pas un flot d'électrons sortant du générateur qui suit le fil, passe par l’interrupteur, par l’ampoule et finit par retourner au générateur.
En fait, le courant domestique étant alternatif (50 ou 60 Hz selon les pays), les électrons font des allers-retours 50 ou 60 fois par seconde (ils ne bougent quasiment pas).
Les électrons sont les maillons d’une chaîne reliant la centrale électrique et l’ampoule des deux côtés ; quand on tire une charge avec une chaîne, le maillon que la main tient ne rencontre jamais la charge, d'autant plus si on inverse régulièrement le sens de traction...
Par contre lorsqu'un courant continu traverse un tube électronique, dans lequel règne le vide, c'est bien un flux d'électrons qui passe d'une électrode à l'autre à une vitesse de l'ordre de 15 kilomètres par seconde, déterminée par l'énergie des électrons. L'onde de différence de potentiel, qui met les électrons en mouvement, se déplace quant à elle à une vitesse très proche de celle de la lumière.
Si l'on a l'impression d'instantanéité, par exemple entre l'instant où nous manœuvrons un interrupteur et l'instant où la lumière jaillit d'une ampoule électrique, c'est parce que le fil électrique est plein d'électrons. En appuyant sur l'interrupteur, un champ électrique s'établit dans tout le circuit à une vitesse proche de la lumière dans le vide et c'est ce champ qui met les électrons en mouvement partout dans le fil. Tous les électrons « démarrent » partout dans le fil en un temps très bref. À l'instant où le filament se met à briller, les électrons qui l'échauffent ne sont pas ceux qui sont passés dans l'interrupteur juste au moment où nous l'avons actionné. Ces derniers arriveront des heures plus tard.
extraits de l' article vitesse de l'électricité de Wikipedia.
A consulter pour de plus amples informations:
- Manuel du génie électrique: ce manuel présente les notions de base et les méthodes du génie électrique
- cette précédente réponse du guichet du savoir vitesse d'un électron ...dans un fil électrique
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