08 Oct
Explication physique du courant électrique - Tous les matériaux peuvent ils conduire le courant électrique !?

Ce que nous appelons courant électrique est devenu indispensable pour tous nos besoins quotidiens. Presque tous les appareils fabriqués de nos jours ont besoin de courant électrique comme source d’alimentation. Et avec l’ avènement de la mobilité électrique, il est clair que cette chose qu’on appelle courant électrique n’est pas prête de disparaître.

Bizaremment, contrairement à d'autres sources d' énergies comme le pétrole, le gaz ou encore le charbon dont l'origine est assez évident et leur représentation physique assez claire hein. On s'imagine assez rapidement et facilement qu' ils sont extraits du sol. L'origine et la représentation du courant électrique est pourtant assez floue. 

D’ailleurs, c’est quoi le courant électrique en fait ?

Nous savons par exemple que les métaux sont d'exellents conducteurs de courant électrique et d'autres matériaux comme le bois par exemple ne le sont pas. 

Pourquoi est-ce ainsi? Nous le verrons dans cet article.


Nous le savons tous, tout ce qui nous entoure, que ce soit sur notre belle planète la terre ou dans l’espace, enfin l’ espace connu par l’ Homme jusqu'ici, n’est finalement qu’ un ensemble d’atomes, communément appelé molécule. Nous sommes tous constitués d’atomes !!

Alors nous connaissons la représentation très simpliste de l’atome. Nous avons comme ça un noyau central constitué de particules appelées protons et de neutrons et d'autres particules appelées électrons qui gravitent sur des orbites autour du noyau. Une Caracteristique interessante et importante de l'atome est que le nombre d'électrons qui gravite autour du noyau est défini selon des règles bien précises. 



Le nombre de protons, de neutrons , et d'électrons d' un atome est ce qui fait la différence entre un atome d'hydrogène qui a un proton, un neutron et un électron et un atome d'hélium qui a plutot 2 protons, deux neutrons et deux électrons.

Alors, il est important de préciser ici que c est une representation très simpliste de la constitution de l'atome selon le modèle de Bohr, du physicien danois Niels Bohr. Ce modèle restraint la liste des composants atomiques aux protons, neutrons et électrons. 

En réalité, la structure et la composition de l' atome est beaucoup plus diverse avec d' autes particules moins connues comme les Quarks, les bosons de jauge, les bosons de Higgs  et cetera. 

C' est aussi important de noter que notre compréhension des particules élémentaires et de la structure atomique continue d'évoluer avec de nouvelles découvertes et recherches dans le domaine de la physique des particules. 

Un exemple marrant. Voici une representation de l' atome d'hydrogène selon le modèle de Bohr et selon un modèle plus complexe, relativement récent et plus rapproché de la réalité: Le modèle orbitale atomique.

Chez le premier, l' électron a une trajectoire et une direction apparement bien connues. Par contre, dans l' autre modèle, on a une fonction qui donne plutot la probabilité de la présence d' un électron dans une region donnée de cet atome.

 


Neanmoins, Le modèle de Bohr est amplement suffisant à ce niveau pour comprendre le fonctionnement générale de l'atome et plus spécialement des électrons.

Alors revenons à la representation simpliste et intéressons-nous aux orbites autour desquelles gravitent les électrons! Dependament du nombre d'electrons d'un atome, il aura un nombre d orbites spécifique. Un atome peut posseder une à maximal sept orbites et chacune de ces orbites a un nombre maximal d' électrons qu'elle peut acceuillir selon la formule 2n², n représentant le position de l'orbite. 

Quelques exemples:

  • Première orbite n = 1 : Peut contenir jusqu'à 2 électrons.

  • Deuxième orbite n = 2 : Peut contenir jusqu'à 8 électrons.

  • Troisième orbite n = 3 : Peut contenir jusqu'à 18 électrons.

  • Quatrième orbite n = 4 : Peut contenir jusqu'à 32 électrons.

  • etc..

Comme exemple, on va prendre l'atome de l'hélium qui a deux électrons. Et donc, sa représentation orbitale sera d'une seule orbite avec deux électrons, qui est donc le nombre maximum d'électrons sur cette orbite là. On dira que l'atome est à ce moment "saturé".

Un dernier exemple pour la route avec l atome de Neon (Ne) qui a 10 électrons au total. Alors il remplira une première orbite avec 2 électrons et la deuxième orbite avec 8 électrons.

Bon là on avait de beaux exemples avec des couches toujours pleines. 

Qu' est ce qui se passe pour les couches non pleines?

Bien sur il en existe et c'est le cas de l'aluminium par exemple. L' Aluminium a 13 électrons au total, ce qui veut dire qu'elle possède trois orbites avec la repartitiion suivante.

  • Première orbite contient 2 électrons.

  • Deuxième orbite contient 8 électrons.

  • Troisième contient les 3 électrons restants

Nous remarquons donc que la dernière couche de l' atome d' Aluminium ne contient que 3 électrons sur 18 possibles. On parlera ici d'un atome non saturé.

Imaginons donc que nous ayons deux atomes d' Aluminium cote à cote. On remarquera que les électrons de la dernière couche non pleines peuvent circuler d'un atome à un autre. Si on met donc plusieurs atomes d' alimunium ensemble, on verra un deplacement aleatoire des électrons sur les couches libres des atomes.
Ceci est du au principe de ( reductuer, oxydant) qui dit que: L atome essaie toujours d etre à sa position d equilibre et celle ci est atteint lorsque toutes ses couches sont pleines. 

Et donc à une echelle plus grande de plusieurs  atomes de cuivre cote à cote, on aura des électrons libres qui se deplace librement entre les différentes couches de valences. Ces déplacements sont neanmoins chaotiques, ils n ont pas de directions precises.

Immaginons maintenant quil y ait une force quelconque, qui forcerait ces électrons libres a se deplacer dans une seule direction, on creerai alors ce qu'on a conventionnellememnt  appelé le courant electrique.

Par definition: le courant electrique est un deplacement unidirectionel des électrons dans une direction donnée grace à une force motrice. 

Alors, Cette force motrice  est appelé la tension electrique. Mais on verra ceci plus en profondeur dans une autre video.  

Une autre video ici qui montre le cheminement du courant quand il la tension

Alors ce qui est donc interessant ici, c est finalement de comprendre que tout élement sur terre a des électrons, il ya juste des structures moleculaires qui permettent plus facilement la libre circulation et en quantite suffisante des electrons et donc la formation du courant électrique.

Si je prend donc un element comme le cuivre, sa structure moleculaire et a plus petite echelle atomique lui permet de faire circuler les électrons très facilement, on appelle ce genre de matériaux , des matériaux conducteurs.

Par contre le bois par exemple a une structure moleculaire ( ensemble d atomes)  qui ne permet pas facilement la libre circulation du courant electrique. On parlera de materiaux isolants.

En conclusion:

Nous comprennons donc pourquoi le courant a révolutionner le monde, parcequ'on a pas besoin de le creer, il existe deja dans tous les elements qui nous entourent. Il faut juste relier des materiaux compatibles pour permettre sa libre circulation.


Nous verrons dans un des prochains épisodes pourquoi il arrive a alimenter les appareils, Qu'est ce que ca veut dire alimenter un appareil ? Que se passe t'il physiquement qui resulte au fonctionnement de nos appareils ?


C est la fin de ce premier article sur l' étude de la science. Si vous appreciez ce format où j explique le phénomene physique de nombreux phénomenes qui nous entourent et nous accompagnent dans la vie de tous les jours. Abonnes toi à ma chaine et active la cloche de notificatons pour etre prevenue lorque je sortirai la prochaine video.


Salut!

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