19.2. Grandeurs électriques fondamentales
Les atomes sont neutres car ils possèdent autant d’électrons (charge négative q = −e)
que de protons (charges positives q = +e). Suivant la force qui unit les électrons à leur
noyau, on distingue trois catégories de matériaux :
• Les conducteurs à l’intérieur desquels les charges peuvent se déplacer facilement.
• Les isolants à l’intérieur desquels les charges ne peuvent pas se déplacer.
• Les semi-conducteurs qui sont plutôt isolant mais deviennent conducteur si la température augmente où s’ils contiennent des impuretés (on dit alors qu’ils sont dopés).
Remarque
En fait, le déplacement des charges dans un isolant n’est pas impossible mais très
difficile. À titre d’exemple une charge se déplacera environ 5 · 10
24 fois plus facilement
dans du cuivre que dans du verre. C’est la résistivité du matériau qui définit la
facilité avec laquelle les charges se déplacent, plus elle est faible, plus facilement se
déplaceront les charges.
a) Les différents types de porteurs de charge
L’électron est le porteur de charge à l’origine du courant dans les matériaux conducteurs
(le cuivre et l’aluminium sont les matériaux usuels pour réaliser les connexions, l’or
pour les contacts). Ces matériaux sont caractérisés par un grand nombre d’électrons
libres, c’est-à-dire qu’à température ambiante, les électrons des couches supérieures de
l’atome ont suffisamment d’énergie pour se soustraire à l’attraction du noyau, ils sont
alors libres de se déplacer sous l’influence de forces électriques extérieures à l’atome.
L’ion est un atome qui a perdu (ion positif) ou gagné (ion négatif) un ou plusieurs
électrons, c’est le porteur de charge à l’origine du courant dans les liquides (électrolyte)
ou dans les gaz (plasma).
La paire électrons-trous (un trou correspond à l’absence d’électron et est assimilable
à une charge positive) est à l’origine du courant dans les semi-conducteurs (dont le
silicium).
b) Loi de conservation de la charge
La charge électrique q est une grandeur conservative : la charge totale d’un système
fermé est constante (c’est-à-dire qu’aucune charge q ne peut être ni détruite, ni
produite).
Ainsi, les générateurs d’électricité ne créent pas de charge mais les mettent en mouvement, ils sont donc à l’origine du courant électrique.
Les objets sont naturellement neutres, c’est-à-dire que leur charge totale, somme
algébrique de ses charges positives et négatives, est nulle.
Pour un système isolé, c’est-à-dire ne pouvant pas échanger de matière avec l’extérieur, la charge totale est constante. Néanmoins, les charges sont susceptibles de se
déplacer au sein du système.
Pour un système non isolé, il est possible de le charger en rompant l’équilibre entre
ses charges positives et négatives. Ainsi, un apport de charges négatives le chargera
©
Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
383
“Gautron_9782100543007” (Col. : ScienceSup3-193x250) — 2010/6/15 — 17:13 — page 383 — #393
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Les atomes sont neutres car ils possèdent autant d’électrons (charge négative q = −e)
que de protons (charges positives q = +e). Suivant la force qui unit les électrons à leur
noyau, on distingue trois catégories de matériaux :
• Les conducteurs à l’intérieur desquels les charges peuvent se déplacer facilement.
• Les isolants à l’intérieur desquels les charges ne peuvent pas se déplacer.
• Les semi-conducteurs qui sont plutôt isolant mais deviennent conducteur si la température augmente où s’ils contiennent des impuretés (on dit alors qu’ils sont dopés).
Remarque
En fait, le déplacement des charges dans un isolant n’est pas impossible mais très
difficile. À titre d’exemple une charge se déplacera environ 5 · 10
24 fois plus facilement
dans du cuivre que dans du verre. C’est la résistivité du matériau qui définit la
facilité avec laquelle les charges se déplacent, plus elle est faible, plus facilement se
déplaceront les charges.
a) Les différents types de porteurs de charge
L’électron est le porteur de charge à l’origine du courant dans les matériaux conducteurs
(le cuivre et l’aluminium sont les matériaux usuels pour réaliser les connexions, l’or
pour les contacts). Ces matériaux sont caractérisés par un grand nombre d’électrons
libres, c’est-à-dire qu’à température ambiante, les électrons des couches supérieures de
l’atome ont suffisamment d’énergie pour se soustraire à l’attraction du noyau, ils sont
alors libres de se déplacer sous l’influence de forces électriques extérieures à l’atome.
L’ion est un atome qui a perdu (ion positif) ou gagné (ion négatif) un ou plusieurs
électrons, c’est le porteur de charge à l’origine du courant dans les liquides (électrolyte)
ou dans les gaz (plasma).
La paire électrons-trous (un trou correspond à l’absence d’électron et est assimilable
à une charge positive) est à l’origine du courant dans les semi-conducteurs (dont le
silicium).
b) Loi de conservation de la charge
La charge électrique q est une grandeur conservative : la charge totale d’un système
fermé est constante (c’est-à-dire qu’aucune charge q ne peut être ni détruite, ni
produite).
Ainsi, les générateurs d’électricité ne créent pas de charge mais les mettent en mouvement, ils sont donc à l’origine du courant électrique.
Les objets sont naturellement neutres, c’est-à-dire que leur charge totale, somme
algébrique de ses charges positives et négatives, est nulle.
Pour un système isolé, c’est-à-dire ne pouvant pas échanger de matière avec l’extérieur, la charge totale est constante. Néanmoins, les charges sont susceptibles de se
déplacer au sein du système.
Pour un système non isolé, il est possible de le charger en rompant l’équilibre entre
ses charges positives et négatives. Ainsi, un apport de charges négatives le chargera
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