Question d'origine :
Les électrons sont sensés tourner autour des noyaux des atomes dont ils sont des composants. D'ou viennent ceux qui composent l'electricité ? Sont-ils asscociés à des noyaux ou sont-ils seuls, et pourquoi ? Comment arrive t-on à les dissocier comme on le fait dans un canon à électrons ?
Question bête sûrement... Merci en tous cas de m'éclairer.
Pécuchet.
Réponse du Guichet
gds_db
- Département : Equipe du Guichet du Savoir
Le 14/12/2007 à 14h47
Voici deux extraits de sites personnels qui exposent clairement le fonctionnement de la conduction de l’électricité :
Les particules du noyau disposent d’une énergie, qui ne peut prendre que certaines valeurs. On dit que leur énergie est quantifiée. Dans l’espace, les particules se répartissent en orbites, correspondant aux différents niveaux d’énergie que les particules peuvent prendre.
Les électrons par exemple gravitent sur un ensemble d’orbites périphériques du noyau, que l’on note K, L, M… Le nombre d’électrons pour la couche n est 2n2.
La couche électronique périphérique assure la stabilité de l'atome. Elle est complète lorsqu'elle comporte 8 électrons pour atteindre la saturation (la couche périphérique ne peut en comporter d'avantage).
A titre d’exemple, l’atome de silicium possède 14 électrons, qui sont répartis sur trois couches: K avec 2 électrons, L avec 8 électrons et M qui possède 4 électrons. Contrairement aux deux premières, la couche M est incomplète, en effet elle peut accueillir 4 électrons supplémentaires. De façon générale, tous les atomes tendent à avoir huit électrons sur leur couche externe.
De plus, plus les électrons sont proches du noyau, plus leur énergie est importante, puisqu’ils sont attirés par le noyau chargé positivement. Inversement donc, plus l’on s’éloigne du noyau, moins les électrons sont attirés et moins leur énergie est importante. Les électrons éloignés du noyau n’étant que peu attirés par le noyau, ce sont ces derniers qui vont être susceptibles de quitter l’atome.
[...]
Dans un circuit électrique, le passage d’un courant électrique est dû à la mobilité des électrons qui, d’après l’étude des caractéristiques d’un atome isolé, II A.1 b ), sont les particules susceptibles de se libérer de l’atome (les nucléons eux sont fortement liés par l’interaction nucléaire forte). Ce sont donc les électrons qui sont responsables du passage de l’électricité, comme cela sera vu plus en détail par la suite. Pour l’instant, il convient d’expliquer comment les électrons mobiles permettent le passage d’un courant.
Si l’on fait rentrer en mouvement un électron, il va émettre une perturbation qui sera reçue par une particule voisine, modifiant son champ électromagnétique. Cette dernière va donc entrer en mouvement, dans la même direction que la particule émettrice, et devenir à son tour émettrice d’une perturbation, qui fera entrer un électron voisin en mouvement et ainsi de suite. Il y a alors passage d’un courant électrique, qui correspond à un flux d’électrons mobiles, se déplaçant globalement dans une même direction.
source : site personnel de Romain Vermeulen
Le noyau de l'ensemble protons-neutrons est normalement stable (ils sont fortement liés les uns aux autres de telle façon qu'aucun ne s'échappe, sauf dans le cas de la radioactivité ...). Les électrons qui sont en perpétuelle rotation peuvent former plusieurs couches différentes (jusqu'à sept). A l'état normal les charges (+ et -) du noyau et des électrons s'équilibrent. L'atome est dit "neutre" mais les électrons peuvent quitter leur orbite et passer à un autre atome sous l'effet de la chaleur ou d'une réaction chimique.
Lorsqu'on produit un courant électrique, il y a donc un déplacement d'électrons qui vont quitter l'orbite de leur noyau et se fixer sur l'atome voisin ! (imaginez une sorte de jeu de saute-mouton, dans lequel l'électron serait celui qui saute et les moutons les atomes. Vous avez là l'image du déplacement du courant électrique) Lorsqu'un atome a perdu ou reçu un électron de son voisin, il devient un "ion" chargé positivement ou négativement. (on peut imaginer que le mouton qui reçoit le "sauteur" subit un poids intolérable. Il fait tout pour chasser cet intrus en ruant. Le "sauteur" va donc être forcé d'aller sur le mouton suivant et ainsi de suite ...). A ce stade, plus le courant électrique produit est intense, plus la migration des électrons se fera rapidement. (Toujours avec la même analogie plus le nombre de sauteurs est elevé et plus les moutons feront tout pour les chasser rapidement ... ).
Des électrons libres en balade (négatifs donc), vont essayer de trouver des charge positives pour se fixer sur un ion (positif). C'est ainsi qu'un courant s'établit !
En conclusion : Un courant ne pourra circuler dans un conducteur qu'à partir du moment ou se créera un excédent d'électrons d'un coté et un déficit d'électrons de l'autre.
source : site personnel de François Gallenca
En résumé, les métaux utilisés dans les fils conduisant l'électricité, comme le cuivre, ont des électrons sur des orbites lointaines susceptibles de migrer facilement en raison du peu d'énergie à produire pour laisser échapper ces électrons.
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