Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Organisation interne de latome 1-2 STRUCTURE DE LA MATIÈRE Contenu

Électricité pour aéronefs

© Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière

Organisation interne de l’atome

1-2 STRUCTURE DE LA MATIÈRE

Contenu du chapitre

Forces internes de l’atome

Classification des matériaux

Isolants Semi-conducteurs Conducteurs Déplacement des électrons – courant électrique

Sens du courant électrique

Atomes chargés - ions

Électrons libres



Molecule : la plus petite partie d’une substance pouvant exister à l’état libre et conserver les propriétés de cette substance.

Atome : la plus petite particule d’un élément qui possède les caractéristique uniques de cet élément - constituant élémentaire de la matière

particules fondamentales:noyau: neutrons (pas de charge)

protons (charge +)électrons (charge -)

Les électrons décrivent des orbites autour du noyau

Organisation interne de l’atome; orbites; orbite de valence (1)




Exemples d’atomes:

Hydrogène Hélium

Noyau avecun proton Noyau avec 2 protons

et 2 neutrons

Un électron en orbiteautour du noyau

2 électrons



2 orbites


Exemples d’atomes:

Hélium

2 électrons

2 protons

2 neutrons




dans leur état normal ou neutre, tous les atomes possèdent le même nombre de protons que d’électrons

les charges positives sont neutralisées par les charges négatives

la charge nette de l’atome est nulle




numéro atomique: le nombre de protons dans le noyau

masse atomique: la somme des protons et de neutrons du noyau

Exemples:

Hydrogène: numéro atomique: 1masse atomique: 1

Hélium: numéro atomique: 2masse atomique: 4

Voir tableau




Les électrons sont repartis sur plusieurs couches et sous couches énergétiques.

Le nombre maximal des couches principales est 4.

Le nombre maximal des couches intermédiaires est 4.

Les couches intermédiaires se trouvent entre la 2e et la 3e couche principale.

La couche la plus éloignée du noyau est nommée couche de valence.

Le nombre maximal d’électrons sur la couche de valence est 8.

D’autan plus grand le nombre d’électrons sur le niveau de valence, d’autan plus stable l’élément.



Forces internes de l’atome

il a été démontré expérimentalement que les électrons d’un atome se repoussent, alors que les protons et les électrons s’attirent

le noyau étant constitué de nombreux protons, il attire fortement les électrons des orbites les plus rapprochées

à mesure que grandit la distance entre le noyau et l’électron en orbite, la force de cohésion diminue jusqu’à un minimum pour la couche la plus éloignée



Atomes chargés - ionssi un électron de valence est enlevé d’un atome par l’application de l’énergie atome avec une charge positive (plus de protons que d’électrons) ion positifsi un atome acquiert un électron supplémentaire dans la couche de valence atome avec une charge négative (plus d’électrons que de protons) ion négatifla quantité d’énergie nécessaire pour arracher un électron de valence dépend du nombre d’électrons dans la couche de valence (max. 8)plus il y a d’électrons dans la couche de valence, plus l’atome est stable il faut plus d’énergie pour libérer un électron

Voir schéma



Électrons libres

électron libre: électron de valence qui a accumulé suffisamment d’énergie pour s’échapper de l’atome parent

très peu retenues par le noyau

se déplacent avec très grande mobilité dans les espaces entre les atomes



Classification des matériaux

Selon le nombre des électrons sur la couche de valence on distingue 3 catégories de matériaux :

isolants

semi-conducteurs

conducteurs



Isolants

Isolants : matériaux qui n’ont pratiquement pas d’électrons libres

ont une structure atomique ayant plus de quatre électrons de valence

sont utilisés quand on veut empêcher les déplacements d’électrons

Exemples: l’air, le verre, la céramique, éléments non-métalliques

Voir Phosphore



Semi-conducteurs

Semi-conducteurs : matériaux qui dans des conditions normales n’ont pas des électrons libres dans leur structure

ont une structure atomique ayant quatre électrons de valence

les atomes voisins mettent en commun leurs électrons de valence pour obtenir chacun une couche de valence complète

Exemples: le germanium (Ge), le silicium (Si)

Voir Si



Conducteurs

Conducteurs : matériaux qui peuvent abandonner ou recevoir très facilement des électrons

leurs atomes ont entre un et trois électrons de valence

Exemples: l’argent (Ag), le cuivre (Cu), l’or (Au), l’aluminium (Al)

Voir Ag Voir Au

Voir Cu Voir Al



Conducteurs

Avantages Inconvénients

Ag Le meilleur conducteur électrique

Coût assez élevé

CuTrès bon conducteurMalléable

Oxydable

Au Ne s’oxyde pas Coût élevé

Al Poids spécifique réduitMoins bon conducteur que les 3 autres



Déplacement des électrons; courant électrique (1)

dans des conditions normales, les électrons libres se déplacent d’une manière désordonnée

Mouvement aléatoire des électrons libres dans un matériau

électrons libres

conducteur électrique

en mouvement chaotique




en créant des conditions spéciales (par l’application d’une différence de potentiel à l’aide d’une pile électrique, par exemple) on fournit aux électrons une énergie qui leur permet de se déplacer dans une direction déterminée

Les électrons s’écoulent du négatif

vers le positif dès qu’une tension est

appliquée aux extrémités d’un

matériau conducteur

conducteur électrique

électronique

GÉNÉRATEUR

+-

courant

électron




le résultat de l’application des forces externes provoque donc l’accumulation à une extrémité du conducteur d’un excès d’électrons et de l’autre côté l’apparition d’un manque d’électrons (charges positives)

courant électrique : déplacement dirigé des charges électriques (électrons libres) dans un conducteur, sous l’influence d’une source d’énergie électrique



Sens du courant électrique (1)

le déplacement des électrons s’effectue de la borne négative de la source vers la borne positive à l’extérieure de cette source: c’est le sens réel (électronique) du courant électrique

en même temps, le déplacement des électrons provoque un déplacement virtuel des trous (laissés par le départ des électrons)

le déplacement des trous s’effectue de l’extrémité positive vers l’extrémité négative, toujours à l’extérieure de la source: ce sens de déplacement est appelé le sens conventionnel (technique) du courant électrique



Sens du courant électrique (2)

12V

Source:

Batterie

courant

courant

électronique

Courant

électronique

con

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