Vitesse des charges – Loi d’Ohm

Vitesse des charges – Loi d’Ohm

– Dans le vide, sous l’effet des forces électrostatiques, les charges atteignent couramment
des vitesses de l’ordre de plusieurs milliers de m/s (tubes cathodiques).
– 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 par l’intermédiaire de
−→
j .
1) Sous forme microscopique (
−→j est la densité de courant et s la conductivité du
matériau) :

Charges libres – Charges liées

Les atomes sont formés d’un noyau entouré d’un nuage électronique (Fig. 1.5).
Pour obtenir des charges électriques il faut arracher à l’atome un ou plusieurs électrons.
Cela peut se faire de plusieurs manières

 

1) Par apport d’une énergie extérieure.
– Mécaniquement par frottement : l’air sur la carrosserie d’une voiture.
– Électriquement : un champ électrique intense peut étirer un atome jusqu’à lui
extraire un électron (diode Zener).
– Thermiquement : l’agitation thermique des atomes et molécules dans les gaz
peut se traduire par l’ionisation de ceux-ci (plasma).
2) Par rapprochement des atomes (cristaux, polycristaux). Bien que les chaînes cristallines
doivent leur cohésion à la mise en commun de leurs électrons, elles ne
donnent pas toujours des matériaux conducteurs. On trouve : des conducteurs, des
semi-conducteurs et des isolants

 Milieux électriques

• Conducteurs. Beaucoup d’électrons sont libres de se déplacer à l’intérieur du
métal (Fig. 1.6).

• Semi-conducteurs. Ce sont des monocristaux, extrêmement purs, dont quelquesuns
seulement des atomes libèrent à la température ambiante (T ≈ 300 K) un
électron, typiquement 1 électron pour plus de 100 millions d’atomes (Fig. 1.7). Les
atomes des cristaux semi-conducteurs appartiennent à la colonne IV de classification
périodique des éléments.

La conduction est assurée, à la fois par les électrons (porteurs négatifs) et les ions
positifs qui donnent l’impression de se déplacer car, en raison de l’agitation thermique
permanente, des électrons quittent un atome pour un ion, etc. On appelle ces
ions positifs des trous (porteurs positifs). La conductivité du semi-conducteur est la
somme de deux conductivités :
– La conductivité des porteurs positifs (faible) sP : les trous se déplacent moins
facilement que les électrons.
– La conductivité des électrons (moins faible) sN .
Globalement la conductivité est bien plus faible que celle des métaux car les porteurs
de charges sont peu nombreux (il y a autant de porteurs de charges positifs que
négatifs).

MERCI,