Direction actuelle. Courant électrique dans les métaux. Actions du courant électrique. Direction

Dans cette section, nous commençons une étude détaillée de la façon dont le courant électrique circule dans divers milieux conducteurs : solides, liquides et gaz.

Rappelons qu'une condition nécessaire à l'apparition d'un courant est la présence dans l'environnement d'un nombre suffisamment important de charges libres pouvant commencer à se déplacer de manière ordonnée sous l'influence d'un champ électrique. De tels milieux sont précisément appelés conducteurs de courant électrique.

Les conducteurs métalliques sont les plus utilisés. Nous commençons donc par les questions de propagation du courant électrique dans les métaux.

Nous avons parlé à plusieurs reprises des électrons libres, porteurs de charges libres dans les métaux. Vous savez bien que le courant électrique dans un conducteur métallique se forme à la suite du mouvement dirigé d’électrons libres.

3.13.1 Électrons libres

Les métaux à l’état solide ont une structure cristalline : la disposition des atomes dans l’espace se caractérise par une répétition périodique et forme un motif géométriquement régulier, appelé réseau cristallin.

Les atomes métalliques possèdent un petit nombre d’électrons de valence situés dans la couche électronique externe. Ces électrons de valence sont faiblement liés au noyau et l’atome peut facilement les perdre.

Lorsque des atomes métalliques occupent des places dans le réseau cristallin, les électrons de valence quittent leur coquille ; ils deviennent libres et se promènent à travers le cristal18. Les ions positifs restent aux nœuds du réseau cristallin métallique, dont l'espace est rempli d'un « gaz » d'électrons libres (Fig. 3.47).

+ + + ++

Riz. 3.47. Électrons libres

Les électrons libres se comportent en effet comme des particules de gaz19, effectuant un mouvement thermique, ils se déplacent de manière aléatoire entre les ions du réseau cristallin. La charge totale des électrons libres est égale en ampleur et de signe opposé à la charge totale des ions positifs, de sorte que le conducteur métallique dans son ensemble s'avère électriquement neutre.

Le gaz d’électrons libres est la « colle » qui maintient ensemble toute la structure cristalline du conducteur. Après tout, les ions positifs se repoussent, de sorte que le réseau cristallin, éclatant de l'intérieur avec de puissantes forces coulombiennes, pourrait se séparer dans des directions différentes. Cependant, en même temps, les ions métalliques sont attirés par la coque.

18 Autrement dit, les électrons libres se déplacent autour des orbitales externes des atomes voisins. Ces orbitales se chevauchent en raison de la disposition étroite des atomes dans le réseau cristallin, de sorte que les électrons libres sont la « propriété commune » de l’ensemble du cristal.

19 Une autre image adéquate est la mer d’électrons, qui « lave » le réseau cristallin.

au gaz d'électrons et, comme si de rien n'était, restent à leur place, n'effectuant que des vibrations thermiques dans les nœuds du réseau cristallin proches des positions d'équilibre.

Que se passe-t-il si un conducteur métallique est connecté à un circuit fermé contenant une source de courant ? Les électrons libres continuent d'effectuer un mouvement thermique chaotique, mais désormais, sous l'influence du champ électrique externe émergent, ils commenceront également à se déplacer de manière ordonnée. Ce flux dirigé de gaz électronique, superposé au mouvement thermique des électrons, est le courant électrique dans le métal20. La vitesse du mouvement ordonné des électrons dans un conducteur métallique, comme nous le savons déjà, est d’environ 0,1 mm/s.

3.13.2 L'expérience de Rikke

Pourquoi avons-nous décidé que le courant dans les métaux est créé par le mouvement des électrons libres ? Les ions positifs du réseau cristallin subissent également l’action d’un champ électrique externe. Peut-être se déplacent-ils aussi à l’intérieur d’un conducteur métallique et participent-ils à la création de courant ?

Le mouvement ordonné des ions signifierait un transfert progressif de matière dans la direction du courant électrique. Par conséquent, il vous suffit de faire passer le courant à travers le conducteur pendant très longtemps et de voir ce qui se passe à la fin. Ce type d'expérience a été réalisé par E. Riecke en 1901.

Trois cylindres pressés l'un contre l'autre étaient inclus dans le circuit électrique : deux en cuivre sur les bords et un en aluminium entre eux (Fig. 3.48). Le courant électrique a circulé dans ce circuit pendant un an.

Riz. 3.48. L'expérience de Rikke

Au cours d'une année, une charge de plus de trois millions de coulombs a traversé les cylindres. Supposons que chaque atome de métal perd un électron de valence, de sorte que la charge de l'ion est égale à la charge élémentaire e = 1;6 10 19 C. Si le courant est créé par le mouvement d'ions positifs, alors il est facile de calculer (faites-le vous-même !) que cette quantité de charge traversant le circuit correspond au transfert d'environ 2 kg de cuivre le long de la chaîne.

Cependant, après séparation des cylindres, seule une légère pénétration des métaux les uns dans les autres a été découverte, due à la diffusion naturelle de leurs atomes (et rien de plus). Le courant électrique dans les métaux ne s'accompagne pas d'un transfert de matière, donc les ions positifs du métal ne participent pas à la création du courant.

3.13.3 Expérience Stewart-Tolman

La preuve expérimentale directe que le courant électrique dans les métaux est créé par le mouvement d'électrons libres a été donnée dans l'expérience de T. Stewart et R. Tolman (1916).

20 Par conséquent, les électrons libres sont également appelés électrons de conduction.

Riz. 3.49. Expérience Stewart-Tolman

L'expérience Stewart-Tolman a été précédée d'observations qualitatives faites quatre ans plus tôt par les physiciens russes L. I. Mandelstam et N. D. Papaleksi. Ils ont attiré l'attention sur ce qu'on appelle l'effet électroinertiel : si vous freinez brusquement un conducteur en mouvement, une impulsion de courant à court terme y apparaît. Cet effet s'explique par le fait que pendant une courte période après la décélération du conducteur, ses charges libres continuent de se déplacer par inertie.

Cependant, Mandelstam et Papaleksi n’ont obtenu aucun résultat quantitatif et leurs observations n’ont pas été publiées. L'honneur d'appeler l'expérience par son nom appartient à Stewart et Tolman, qui ont non seulement observé l'effet électroinertiel indiqué, mais ont également effectué les mesures et calculs nécessaires.

La configuration de Stewart et Tolman est illustrée à la Fig. 3.49. La bobine était entraînée en rotation rapide autour de son axe par un grand nombre de tours de fil métallique. Les extrémités du bobinage à l'aide de contacts glissants étaient reliées à un dispositif spécial, un galvanomètre balistique, qui permet de mesurer la charge qui le traverse.

Après un freinage brusque de la bobine, une impulsion de courant est apparue dans le circuit. La direction du courant indiquait qu’il était provoqué par le mouvement de charges négatives. En mesurant la charge totale traversant le circuit avec un galvanomètre balistique, Stewart et Tolman ont calculé le rapport q=m de la charge d'une particule à sa masse. Il s’est avéré qu’il était égal au rapport e=m pour l’électron, déjà bien connu à l’époque.

Ainsi, il a finalement été découvert que les porteurs de charges libres dans les métaux sont des électrons libres. Comme vous pouvez le constater, celui-ci est bien connu depuis longtemps

Le fait a été établi pour vous relativement tard, étant donné qu'à cette époque, les conducteurs métalliques étaient déjà activement utilisés depuis plus d'un siècle dans une grande variété d'expériences sur l'électromagnétisme21.

3.13.4 Dépendance de la résistance à la température

L'expérience montre que lorsqu'un conducteur métallique est chauffé, sa résistance augmente. Comment expliquer cela ?

La raison est simple : avec l'augmentation de la température, les vibrations thermiques des ions du réseau cristallin deviennent plus intenses, de sorte que le nombre de collisions d'électrons libres avec les ions augmente. Plus le mouvement thermique du réseau est actif, plus il est difficile pour les électrons de traverser les espaces entre les ions22. La vitesse du mouvement ordonné des électrons diminue, donc l'intensité du courant diminue (à tension constante). Cela signifie une augmentation de la résistance.

21 Comparez, par exemple, avec la date de découverte de la loi d'Ohm en 1826. Le fait est cependant que l’électron lui-même n’a été découvert qu’en 1897.

22 Imaginez une porte tournante à travers la porte. Dans quel cas est-il plus difficile de sauter à travers : lorsqu'il tourne lentement ou rapidement ? :-)

Le multiplicateur est appelé coefficient de température de résistance. Ses valeurs pour divers métaux et alliages peuvent être trouvées dans des tableaux.

La longueur du conducteur l et sa section transversale S changent de manière insignifiante avec les changements de température. Exprimons R et R0 en termes de résistivité :

et remplacez ces formules dans (3.68). On obtient une dépendance similaire de la résistivité à la température :

0 (1 + t) :

Le coefficient est très faible (pour le cuivre, par exemple = 0,0043), de sorte que la dépendance à la température de la résistance du métal peut souvent être négligée. Cependant, dans certains cas, il faut en tenir compte. Par exemple, le filament de tungstène d’une ampoule électrique s’échauffe à tel point que sa caractéristique courant-tension s’avère nettement non linéaire.

Ainsi, sur la Fig. La figure 3.51 montre la caractéristique courant-tension d'une ampoule de voiture. Si une ampoule était une résistance idéale, sa caractéristique courant-tension serait une ligne droite conformément à la loi d'Ohm. Cette ligne droite est représentée par une ligne pointillée bleue.

Cependant, à mesure que la tension appliquée à l’ampoule augmente, le graphique s’écarte de plus en plus de cette ligne droite. Pourquoi? Le fait est qu'avec l'augmentation de la tension, le courant traversant l'ampoule augmente et chauffe davantage la bobine ; La résistance de la spirale augmente donc également. Par conséquent, même si l'intensité du courant continuera à augmenter, elle aura une valeur de plus en plus petite par rapport à celle prescrite par la dépendance linéaire pointillée du courant sur la tension.

Presque tous les métaux peuvent être considérés comme conducteurs du courant électrique. Cela est dû à leur structure, qui est un réseau spatial cristallin. Les nœuds de ce réseau coïncident avec les centres d'ions positifs, autour desquels on observe un mouvement chaotique des électrons libres. Cela explique le phénomène de conductivité, grâce auquel l'utilisation du courant électrique dans les métaux est devenue la plus répandue.

Propriétés physiques des métaux

Les propriétés des métaux dépendent entièrement de leur structure interne. L’état solide des métaux est un réseau cristallin spatial dans lequel les cristaux sont disposés de manière ordonnée. Comme déjà noté, le mouvement des électrons libres est observé entre les nœuds du réseau cristallin.

La valeur absolue de leurs charges négatives coïncide avec la charge positive de tous les ions situés aux sites du réseau cristallin. Lorsqu’un courant électrique passe, les ions restent en place. Il y a un mouvement d’électrons libres, le même dans n’importe quelle substance.

Courant électrique dans les métaux : application

Le fait que les métaux contiennent des électrons conducteurs de courant est prouvé depuis longtemps. Tout d'abord, ces propriétés utiles sont utilisées lors du transfert d'électricité des sources aux consommateurs. Le fonctionnement des générateurs et des moteurs électriques repose également sur les propriétés physiques des métaux. Ils sont également utilisés dans les appareils de chauffage de tous types destinés à la production industrielle et à un usage domestique.

Ainsi, le courant électrique dans les métaux est le mouvement ordonné des électrons libres, qui sont affectés par un champ électrique. En son absence, le mouvement des électrons devient chaotique, semblable au mouvement des molécules de liquides ou de gaz. Cependant, s’il existe un champ électrique dans le conducteur, les électrons se déplacent vers le pôle positif de la source de courant, c’est-à-dire que leur mouvement devient ordonné.

Les électrons eux-mêmes se déplacent à faible vitesse dans un conducteur, contrairement au champ électrique qui se déplace dans un conducteur à une vitesse proche de celle de la lumière. C'est cette valeur qui sert d'indicateur de la vitesse de propagation en .

Courant électrique dans le métal : conductivité électronique

Tous les métaux à l’état solide et liquide sont conducteurs de courant électrique. Des expériences spécialement menées ont montré que lorsqu'un courant électrique passe, la masse des conducteurs métalliques reste constante et leur composition chimique ne change pas. Sur cette base, on pourrait supposer que seuls les électrons participent à la création du courant électrique dans les métaux. L'hypothèse sur la nature électronique du courant électrique dans les métaux a été confirmée par les expériences des physiciens soviétiques L. I. Mandelstam et N. D. Papaleksi et des physiciens américains T. Stewart et R. Tolman. Dans ces expériences, il a été découvert que lorsqu'une bobine en rotation rapide s'arrête soudainement, un courant électrique apparaît dans le fil de la bobine, créé par des particules chargées négativement - les électrons.

En l’absence de champ électrique, les électrons libres se déplacent de manière chaotique dans un cristal métallique. Sous l'influence d'un champ électrique, les électrons libres, en plus du mouvement chaotique, acquièrent un mouvement ordonné dans une direction et un courant électrique apparaît dans le conducteur. Les électrons libres entrent en collision avec les ions du réseau cristallin, leur donnant à chaque collision l'énergie cinétique acquise lors du déplacement libre sous l'influence d'un champ électrique. En conséquence, le mouvement ordonné des électrons dans un métal peut être considéré comme un mouvement uniforme avec une certaine vitesse constante V.

Puisque l'énergie cinétique des électrons, acquise sous l'influence d'un champ électrique, est transférée lors de collisions avec les ions du réseau cristallin, lorsqu'un courant continu passe, le conducteur s'échauffe.

Dépendance de la résistivité électrique des métaux à la température.

La résistivité des métaux lorsqu'ils sont chauffés augmente approximativement linéairement (Fig. 152) :

où p est la résistivité électrique du métal à la température t, po est sa résistivité à O ​​°C, et est le coefficient de résistance en température, spécifique à chaque métal,

À mesure que la température s’approche du zéro absolu, la résistivité des monocristaux devient très faible. Ce fait indique que dans un réseau cristallin idéal d'un métal, les électrons se déplacent sous l'influence d'un champ électrique sans interagir avec les ions du réseau. La longueur de leur libre parcours peut atteindre des valeurs de l'ordre de 1 cm, soit 107 à 108 fois supérieures aux distances interatomiques dans le cristal. Les électrons n'interagissent qu'avec des ions qui ne se trouvent pas sur les sites du réseau cristallin.

À mesure que la température augmente, le nombre de défauts dans le réseau cristallin augmente en raison des vibrations thermiques des ions, ce qui entraîne une augmentation de la résistivité du cristal.

Le fait que la résistance électrique des métaux soit déterminée par les interactions des électrons de conduction avec divers défauts du réseau est également confirmé par le fait que la résistivité des cristaux métalliques dépend fortement de la présence d'impuretés dans ceux-ci. Par exemple, l'introduction de 1% d'impureté de manganèse augmente la résistivité du cuivre trois fois.

Supraconductivité.

En 1911, le scientifique néerlandais Geike Kamerlingh-Onies (1853-1926) découvrit que lorsque la température du mercure descend jusqu'à 4,1 K, sa résistivité diminue brusquement jusqu'à zéro (Fig. 153). Le phénomène de diminution de la résistivité jusqu’à zéro à une température autre que le zéro absolu est appelé supraconductivité. Les matériaux qui présentent la capacité de passer à un état supraconducteur à certaines températures autres que le zéro absolu sont appelés supraconducteurs.

Le passage du courant dans un supraconducteur se produit sans perte d'énergie, donc une fois excité dans un anneau supraconducteur, le courant électrique peut exister indéfiniment sans changement.

Les matériaux supraconducteurs sont déjà utilisés dans les électro-aimants. Des recherches sont en cours pour créer des lignes électriques supraconductrices.

Application du phénomène de supraconductivité dans un large domaine

Cette pratique pourrait devenir une réalité dans les années à venir grâce à la découverte en 1986 de la supraconductivité des céramiques - composés de lanthane, de baryum, de cuivre et d'oxygène. La supraconductivité de ces céramiques persiste jusqu'à des températures d'environ 100 K.

La vitesse du mouvement ordonné des électrons dans un conducteur.

Pour déterminer la vitesse du mouvement ordonné des charges électriques libres dans un conducteur, vous devez connaître la concentration de porteurs de charge libres et l'intensité du courant. S'il y a une concentration de charges électriques libres dans un conducteur, alors pendant une période de temps une charge électrique égale à

Le courant électrique dans les métaux est le mouvement ordonné des électrons sous l’influence d’un champ électrique. Les expériences montrent que lorsque le courant traverse un conducteur métallique, aucune substance n'est transférée. Par conséquent, les ions métalliques ne participent pas au transfert de charge électrique.

La preuve la plus convaincante de la nature électronique du courant dans les métaux a été obtenue lors d'expériences sur l'inertie des électrons.

L'idée de telles expériences et les premiers résultats qualitatifs appartiennent aux physiciens russes L. I. Mandelstam et N. D. Papaleksi (1913). En 1916, le physicien américain R. Tolman et le physicien écossais B. Stewart améliorèrent la technique et effectuèrent des mesures quantitatives, prouvant que le courant dans les conducteurs métalliques est provoqué par le mouvement des électrons.

La bonne conductivité électrique des métaux est due à la forte concentration d’électrons libres.

En 1900, le scientifique allemand P. Drude, basé sur l'hypothèse de l'existence d'électrons libres dans les métaux, créa la théorie électronique de la conductivité des métaux. Cette théorie a été développée dans les travaux du physicien néerlandais H. Lorentz et s'appelle théorie classique des électrons . Selon cette théorie, les électrons des métaux se comportent comme un gaz d’électrons, un peu comme un gaz parfait. Le gaz électronique remplit l'espace entre les ions qui forment le réseau cristallin du métal.

En raison de l'interaction avec les ions, les électrons ne peuvent quitter le métal qu'en surmontant ce qu'on appelle barrière potentielle . La hauteur de cette barrière est appelée fonction de travail . Aux températures ordinaires (ambiantes), les électrons n’ont pas assez d’énergie pour surmonter la barrière de potentiel.

Les électrons libres se déplacent de manière aléatoire et, au cours de leur mouvement, entrent en collision avec les ions du réseau. À la suite de telles collisions, un équilibre thermodynamique s’établit entre le gaz électronique et le réseau. Selon la théorie de Drude-Lorentz, les électrons ont la même énergie moyenne de mouvement thermique que les molécules d'un gaz parfait monoatomique. Cela nous permet d'estimer la vitesse moyenne du mouvement thermique des électrons à l'aide des formules de la théorie de la cinétique moléculaire. A température ambiante, elle s'avère être approximativement égale à 10 5 m/s.

Lorsqu'un champ électrique externe est appliqué à un conducteur métallique, en plus du mouvement thermique des électrons, leur mouvement ordonné (dérive), c'est-à-dire un courant électrique, se produit.

Vitesse de dérive moyenne :

La concentration d'électrons libres dans les métaux est approximativement égale à la concentration d'atomes n~ 10 28 –10 29 m –3 , module de charge électronique e= 1,6 * 10 19 Cl. Pour un conducteur avec une section transversale S= 1 mm 2 = 10 -6 m 2 à l'intensité du courant je= 1 A la vitesse du mouvement ordonné des électrons est égale à

En 1 s, les électrons d'un conducteur se déplacent en raison d'un mouvement ordonné de moins de 0,1 mm.

Ainsi, vitesse moyenne le mouvement ordonné des électrons dans les conducteurs métalliques est inférieur de plusieurs ordres de grandeur à la vitesse moyenne leur mouvement thermique .

La faible vitesse de dérive contredit le fait expérimental selon lequel le courant dans l’ensemble du circuit CC s’établit presque instantanément. La fermeture du circuit provoque la propagation du champ électrique à une vitesse c= 3·10 8 m/s. Dans l'ordre temporel je/ Avec (je– longueur de la chaîne) une distribution stationnaire du champ électrique s'établit le long de la chaîne et le mouvement ordonné des électrons y commence.

Dans la théorie électronique classique des métaux, on suppose que le mouvement des électrons obéit aux lois mécaniques de Newton. Dans cette théorie, l'interaction des électrons entre eux est négligée et leur interaction avec les ions positifs se réduit uniquement à des collisions. On suppose également qu'à chaque collision, l'électron transfère au réseau toute l'énergie accumulée dans le champ électrique et donc après la collision, il commence à se déplacer avec une vitesse de dérive nulle.

La théorie électronique classique explique l'existence de la résistance électrique des métaux, les lois d'Ohm et de Joule-Lenz. Cependant, sur un certain nombre de questions, la théorie électronique classique conduit à des conclusions qui sont en contradiction avec l'expérience.

Par exemple, cette théorie ne peut pas expliquer pourquoi capacité thermique molaire des métaux, ainsi que la capacité thermique molaire des cristaux diélectriques, est égale à 3 R. , Où R.– constante universelle des gaz (loi de Dulong et Petit). La présence d’électrons libres n’affecte pas la capacité thermique des métaux.

La théorie électronique classique ne peut pas non plus expliquer la dépendance à la température de la résistivité des métaux. La théorie donne tandis que l'expérience donne une dépendance ρ ~ T.

Selon la théorie électronique classique, la résistivité des métaux devrait diminuer de façon monotone avec le refroidissement, restant finie à toutes les températures.

Cette dépendance est effectivement observée expérimentalement à des températures relativement élevées.

À des températures plus basses, de l'ordre de plusieurs kelvins, la résistivité de nombreux métaux cesse de dépendre de la température et atteint une certaine valeur limite. Le plus grand intérêt est phénomène de supraconductivité , découvert par le physicien danois H. Kammerlingh Onnes en 1911. À une température spécifique T kr, différent pour différentes substances, la résistivité diminue brusquement jusqu'à zéro.

Température critique le mercure est de 4,1 K, oui aluminium 1,2K, oui étain 3,7 K. La supraconductivité est observée non seulement dans les éléments, mais également dans de nombreux composés chimiques et alliages. Par exemple, la connexion le niobium avec l'étain (Ni 3 Sn) a une température critique de 18 K. Certaines substances qui se transforment en état supraconducteur à basse température ne sont pas conductrices aux températures ordinaires. Dans le même temps, les « bons » conducteurs comme le cuivre et l’argent ne deviennent pas supraconducteurs à basse température.

He -268,94°C, N(azote) -195,82°C, H(hydrogène) -252,77°C

Comme on le sait, les métaux à l’état solide ont une structure cristalline. Les particules dans les cristaux sont disposées dans un certain ordre, formant un réseau spatial (cristallin).

Les ions positifs sont situés aux nœuds du réseau cristallin métallique et les électrons libres se déplacent dans l'espace qui les sépare. Les électrons libres ne sont pas associés aux noyaux de leurs atomes (Fig. 53).

Riz. 53. Réseau cristallin métallique

La charge négative de tous les électrons libres est égale en valeur absolue à la charge positive de tous les ions du réseau. Par conséquent, dans des conditions normales, le métal est électriquement neutre. Les électrons libres s'y déplacent de manière aléatoire. Mais si un champ électrique est créé dans un métal, les électrons libres commenceront à se déplacer directionnellement sous l'influence des forces électriques. Un courant électrique se produira. Dans ce cas, le mouvement aléatoire des électrons est préservé, tout comme le mouvement aléatoire d'une volée de moucherons est préservé lorsque, sous l'influence du vent, il se déplace dans une direction.

Donc, le courant électrique dans les métaux est le mouvement ordonné des électrons libres.

Mandelstam Léonid Isaakovitch (1879-1944)
Physicien, académicien russe. Il a apporté une contribution significative au développement de la radiophysique et de l'ingénierie radio.

Papaleksi Nikolaï Dmitrievitch (1880-1947)
Physicien, académicien russe. Il était engagé dans des recherches dans les domaines de l'ingénierie radio, de la radiophysique et de la radioastronomie.

La preuve que le courant dans les métaux est provoqué par les électrons a été fournie par les expériences des physiciens russes Leonid Isaakovich Mandelstam et Nikolai Dmitrievich Papaleksi, ainsi que des physiciens américains Balfour Stewart et Robert Tolman.

La vitesse de déplacement des électrons eux-mêmes dans un conducteur sous l'influence d'un champ électrique est faible - quelques millimètres par seconde, et parfois même moins. Mais dès qu'un champ électrique apparaît dans le conducteur, il se propage sur toute la longueur du conducteur à une vitesse fulgurante, proche de la vitesse de la lumière dans le vide (300 000 km/s).

Simultanément à la propagation du champ électrique, tous les électrons commencent à se déplacer dans une direction sur toute la longueur du conducteur. Ainsi, par exemple, lorsque le circuit d’une lampe électrique est fermé, les électrons présents dans la bobine de la lampe commencent également à se déplacer de manière ordonnée.

Comparer le courant électrique avec le débit de l'eau dans une conduite d'eau et la répartition du champ électrique avec la répartition de la pression de l'eau aidera à comprendre cela. Lorsque l'eau monte dans un château d'eau, la pression (pression) de l'eau se propage très rapidement dans tout le système d'approvisionnement en eau. Lorsque nous ouvrons le robinet, l’eau est déjà sous pression et commence immédiatement à couler. Mais l'eau qui s'y trouvait s'écoule du robinet, et l'eau de la tour atteindra le robinet beaucoup plus tard, car le mouvement de l'eau se produit à une vitesse inférieure à la propagation de la pression.

Lorsque nous parlons de vitesse de propagation du courant électrique dans un conducteur, nous entendons la vitesse de propagation du champ électrique le long du conducteur.

Un signal électrique envoyé, par exemple, le long de câbles reliant Moscou à Vladivostok (s = 8 000 km), y arrive en 0,03 s environ.

Des questions

1. Comment expliquer que dans des conditions normales un métal soit électriquement neutre ?
2. Qu'arrive-t-il aux électrons d'un métal lorsqu'un champ électrique y apparaît ?
3. Qu'est-ce que le courant électrique dans le métal ?
4. De quelle vitesse parlent-ils lorsqu'ils parlent de vitesse de propagation du courant électrique dans un conducteur ?

Exercice

En utilisant Internet, découvrez à quelle vitesse les électrons se déplacent dans les métaux. Comparez-le à la vitesse de la lumière.