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

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1 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Organisation interne de latome 1-2 STRUCTURE DE LA MATIÈRE Contenu du chapitre Forces internes de latome Classification des matériaux Isolants Semi-conducteurs Conducteurs Déplacement des électrons – courant électrique Sens du courant électrique Atomes chargés - ions Électrons libres

2 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Molecule : la plus petite partie dune substance pouvant exister à létat libre et conserver les propriétés de cette substance. Atome : la plus petite particule dun 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 latome; orbites; orbite de valence (1)

3 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Organisation interne de latome; orbites; orbite de valence (2) Exemples datomes: Hydrogène Hélium Noyau avec un proton Noyau avec 2 protons et 2 neutrons Un électron en orbite autour du noyau 2 électrons

4 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière 2 orbites Organisation interne de latome; orbites; orbite de valence (3) Exemples datomes: Hélium 2 électrons 2 protons 2 neutrons

5 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Organisation interne de latome; orbites; orbite de valence (4) dans leur état normal ou neutre, tous les atomes possèdent le même nombre de protons que délectrons les charges positives sont neutralisées par les charges négatives la charge nette de latome est nulle

6 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Organisation interne de latome; orbites; orbite de valence (5) numéro atomique: le nombre de protons dans le noyau masse atomique: la somme des protons et de neutrons du noyau Exemples: Hydrogène:numéro atomique:1 masse atomique:1 Hélium:numéro atomique:2 masse atomique:4 Voir tableau

7 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Organisation interne de latome; orbites; orbite de valence (6) 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 2 e et la 3 e couche principale. La couche la plus éloignée du noyau est nommée couche de valence. Le nombre maximal délectrons sur la couche de valence est 8. Dautan plus grand le nombre délectrons sur le niveau de valence, dautan plus stable lélément.

8 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Forces internes de latome il a été démontré expérimentalement que les électrons dun atome se repoussent, alors que les protons et les électrons sattirent 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 lélectron en orbite, la force de cohésion diminue jusquà un minimum pour la couche la plus éloignée

9 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Atomes chargés - ions si un électron de valence est enlevé dun atome par lapplication de lénergie atome avec une charge positive (plus de protons que délectrons) ion positif si un atome acquiert un électron supplémentaire dans la couche de valence atome avec une charge négative (plus délectrons que de protons) ion négatif la quantité dénergie nécessaire pour arracher un électron de valence dépend du nombre délectrons dans la couche de valence (max. 8) plus il y a délectrons dans la couche de valence, plus latome est stable il faut plus dénergie pour libérer un électron Voir schéma

10 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Électrons libres électron libre: électron de valence qui a accumulé suffisamment dénergie pour séchapper de latome parent très peu retenues par le noyau se déplacent avec très grande mobilité dans les espaces entre les atomes

11 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Classification des matériaux Selon le nombre des électrons sur la couche de valence on distingue 3 catégories de matériaux : isolants semi-conducteurs conducteurs

12 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Isolants Isolants : matériaux qui nont pratiquement pas délectrons libres ont une structure atomique ayant plus de quatre électrons de valence sont utilisés quand on veut empêcher les déplacements délectrons Exemples: lair, le verre, la céramique, éléments non-métalliques Voir Phosphore

13 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Semi-conducteurs Semi-conducteurs : matériaux qui dans des conditions normales nont 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

14 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Conducteurs Conducteurs : matériaux qui peuvent abandonner ou recevoir très facilement des électrons leurs atomes ont entre un et trois électrons de valence Exemples: largent (Ag), le cuivre (Cu), lor (Au), laluminium (Al) Voir Ag Voir Au Voir CuVoir Al

15 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Conducteurs AvantagesInconvénients Ag Le meilleur conducteur électrique Coût assez élevé Cu Très bon conducteur Malléable Oxydable Au Ne soxyde pasCoût élevé Al Poids spécifique réduit Moins bon conducteur que les 3 autres

16 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Déplacement des électrons; courant électrique (1) dans des conditions normales, les électrons libres se déplacent dune manière désordonnée Mouvement aléatoire des électrons libres dans un matériau

17 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Déplacement des électrons; courant électrique (2) en créant des conditions spéciales (par lapplication dune différence de potentiel à laide dune pile électrique, par exemple) on fournit aux électrons une énergie qui leur permet de se déplacer dans une direction déterminée Les électrons sécoulent du négatif vers le positif dès quune tension est appliquée aux extrémités dun matériau conducteur

18 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Déplacement des électrons; courant électrique (3) le résultat de lapplication des forces externes provoque donc laccumulation à une extrémité du conducteur dun excès délectrons et de lautre côté lapparition dun manque délectrons (charges positives) courant électrique : déplacement dirigé des charges électriques (électrons libres) dans un conducteur, sous linfluence dune source dénergie électrique

19 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Sens du courant électrique (1) le déplacement des électrons seffectue de la borne négative de la source vers la borne positive à lextérieure de cette source: cest 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 seffectue de lextrémité positive vers lextrémité négative, toujours à lextérieure de la source: ce sens de déplacement est appelé le sens conventionnel (technique) du courant électrique

20 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Sens du courant électrique (2)

21 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Selon leur numéro atomique, les éléments sont organisé dans le tableau périodique.

22 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Atomes chargés - ions

23 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Isolants Phosphore (P) Nombre de protons : 15 Nombre délectrons : 15 Nombre de couches : 3 Nombre délectrons sur les couches : 1 e couche : 2 2 e couche : 8 3 e couche : 5

24 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Semi-conducteurs Silicium (Si) Nombre de protons : 14 Nombre délectrons : 14 Nombre de couches : 3 Nombre délectrons sur les couches : 1 e couche : 2 2 e couche : 8 3 e couche : 4

25 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Conducteurs Argent (Ag) Nombre de protons : 47 Nombre délectrons : 47 Nombre de couches : 5 Nombre délectrons sur les couches : 1 e couche : 2 2 e couche : 8 3 e couche : 18 4 e couche : 18 5 e couche : 1

26 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Conducteurs Cuivre (Cu) Nombre de protons : 29 Nombre délectrons : 29 Nombre de couches : 4 Nombre délectrons sur les couches : 1 e couche : 2 2 e couche : 8 3 e couche : 18 4 e couche : 1

27 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Conducteurs Or (Au) Nombre de protons : 79 Nombre délectrons : 79 Nombre de couches : 6 Nombre délectrons sur les couches : 1 e couche : 2 2 e couche : 8 3 e couche : 18 4 e couche : 32 5 e couche : 18 6 e couche : 1

28 Électricité pour aéronefs © Andrei Radulescu 2002Notions de base - Structure de la matière Conducteurs Aluminium (Al) Nombre de protons : 13 Nombre délectrons : 13 Nombre de couches : 3 Nombre délectrons sur les couches : 1 e couche : 2 2 e couche : 8 3 e couche : 3


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