CHAPITRE II – LE COURANT ELECTRIQUE DANS LES METAUX

I – La structure de l’atome. 1) Historique du modèle de l’atome Voir activité « Historique du modèle de l’atome »

La matière est constituée de corpuscules invisibles à cause de leur extrême petitesse, indivisibles et éternels. ARISTOTE IVème siècle AVJC Mais non ! On sait tous que la matière est constituée des quatre éléments: l’eau, la terre, le feu et l’air… DEMOCRITE IVème siècle AVJC

L’atome est une sphère simple et indivisible, semblable à une boule de billard John Dalton 1808

« Le pudding de THOMSON » Un atome contient des particules négatives que j’appellerais électrons. Dans mon modèle, l’atome est constitué d’une boule pleine remplie d’une substance électriquement positive collée à des électrons. « Le pudding de THOMSON » Thomson 1897

Expérience de Rutherford En bombardant une feuille d’or avec des particules positives, j’ai remarqué que la plupart de ces particules traversent la matière sans rebondir. J’en déduis un nouveau modèle : l’atome est constitué d’un noyau central, chargé positivement, autour duquel se déplacent des électrons négatifs. Entre les deux, il y a du vide.

Modèle actuel de l’atome Nuage électronique électron NOYAU Trajectoire des électrons VIDE Modèle de Rutherford Modèle actuel de l’atome

2) Structure de l’atome. Les atomes sont les constituants de la matière. Ce sont des particules extrêmement petites car leur dimension est de l’ordre du dixième de nanomètre. 1 nm = 10-9 m (1 milliardième de m). Un atome est constitué d’un noyau autour duquel tournent des électrons.

NOYAU

Les électrons Chaque électron porte une seule charge négative. Ils sont tous identiques. Ils forment le nuage électronique. Ils ont une masse très faible (négligeable). Ils donnent sa taille à l’atome.

Le noyau : Contient des charges positives (protons). Contient presque toute la masse de l’atome. Est 100000 fois plus petit que l’atome.

L’atome est électriquement neutre : le nombre de charges positives du noyau est donc égal au nombre de charges négatives des électrons. Il y a donc autant de protons que d’électrons dans un atome. Un atome est essentiellement constitué de vide : on dit qu’il a une structure lacunaire.

II – Le courant électrique dans un métal 1) Les solides conducteurs. Expérience : On réalise le montage suivant en intercalant différents matériaux dans le circuit. Si la lampe s’éclaire, le matériau est conducteur de l’électricité. Si elle reste éteinte, c’ est un isolant électrique.

On remarque que tous les solides ne conduisent pas le courant électrique. Tous les métaux sont des conducteurs électriques.

2) Pourquoi les métaux conduisent-ils le courant? Un microscope à effet tunnel montre que les métaux sont constitués d’atomes rangés de façon ordonnée.

Dans ces atomes, la plupart des électrons sont solidement liés au noyau. Cependant, certains électrons peuvent se déplacer d’un atome à l’autre avec facilité. Ce sont des électrons libres. Dans un métal, le courant électrique est dû à la circulation d’électrons libres.

3) Sens de déplacement des électrons libres. Voici le modèle de la structure d’un métal dans 2 cas : En l’absence de tension électrique

Observation : En l’absence de générateur, le mouvement des électrons libres est incessant et désordonné. On applique une tension aux extrémités

Obs : Le générateur du circuit les électrons vers le pôle +. attire Le générateur provoque un mouvement d’ensemble des électrons libres vers la borne positive du générateur. Rappel : A l’extérieur du générateur, le sens conventionnel du courant est dirigé de la borne + vers la borne -.

Conclusion : Les électrons libres se déplacent donc dans le sens opposé au sens conventionnel du courant. Remarque : Les isolants n’ont pas d’électrons libres.

4) Schéma récapitulatif. Sens conventionnel du courant Sens de déplacement des électrons libres