Conducteurs et Isolants, Notion de Courant Electrique

 

I) Energie des électrons   

 

Dans un solide, les Les atomes s’unissent en faisant se recouvrir leurs nuages électroniques externes de façon à ce que les électrons aient l’énergie la plus basse. Lorqu’il y a beaucoup d’atomes, on observe des bandes d’énergie.

 

conducteur1

 

 

Les électrons se trouvant dans la bande de valence permettent aux atomes de se lier entre eux.

S'il y a des électrons dans la bande de conduction sont libres.

Ils n’y a pas d'électrons dans la bande interdite (le GAP)

 

 

 

II) Les Isolants

 

conducteur2

 

 

Dans un isolant l’énergie de gap est grande, il n’y a pas d’électron dans la bande de conduction. (pas d’électron libre). EGAP ≥ 6eV

 

 

 

 

 

 

 

 

 

III) Conducteurs

 

conducteur3

 

 

 

 

Dans un conducteur, les bandes de conductions et de valence sont légèrement imbriquées. le gap est nul. il y a des électrons dans la bande de conduction.

Il y a des électrons libres de se déplacer donc decréer un courant électrique.

 

 

 

 

 

 

  

 

IV) Semiconducteurs

 

conducteur4

 

Dans un semiconducteur,l’énergie de gap est faible, la bande de valence et la bande de conduction sont très proches..EGAP(≈ 1eV). Il suffit de très peu d’énergie pour qu’un électron passe de la bande de valence dans la bande de conduction. Il peut donc passer d'isolant à conducteur avec très peu d'énergie.

L’énergie peut être:

énergie calorifique: élévation de la température, le semiconducteur devient conducteur quand la  température augmente

 

L'énergie lumineuse: Lorsque le semiconducteur est soumis à de la lumière: (photorésistance, photodiode)

 

 

 

 

 

V) Le courant électrique

 

 

conducteur5Pour simplifier, on considèrera que les conducteurs contiennent des électons libres. On dira même si ce n'est pas tout à fait exact que:

Dans un conducteur les atomes se baignent dans une mer d'électrons libres

 

Ici les atomes sont fixes car fortement liés entre eux. Par contre les électrons libres (en vert) se déplacent de façon totalement désordonnée. Ils y a autant qui partent dans un sens que dans le sens oppodé, ce qui fait que l'ensemble reste neutre.

 

 

Si on applique au conducteur ci-dessus un champ électrique (appelé champ électromoteur), il sera dirigé vers les potentiels décroissants, on peut alors simuler les pôles + et - d'un générateur.

 

conducteur6

 

Si l’on applique un champ électromoteur (+ et - de la pile en rouge), les électrons vont se déplacer  tous dans le même sens. Il y aura un courant électrique.

Le sens de déplacement ds électrons est du moins vers le plus

 

 

  Pour des raisons historique, le sens du courant électrique est l'inverse de celui des électrons. d'où la définition:

A l'extérieur du générateur, le courant électrique va de la borne plus  vers la borne moins du générateur

 

VI) Comment placer le sens du courant électrique sur un schéma?

  

  

 conducteur7Sens du courant dans un circuit simple

 

On représente le sens du courant par une flêche, placée sur les fils,  et se dirigeant vers le pôle moins.

 

 

 

 

 

 

 

conducteur9Sens du courant dans un circuit série

 

conducteur8Sens du courant dans un circuit dérivation

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

VII) La diode

 

La diode est un composant électronique souvent utilisée dans les alimentations.

conducteuraPhoto d'une diode conducteurbSymbole d'une diode

 

 C'est un composant qui laisse passer le courant dans un sens et pas dans l'autre.

Quand le courant est dans le même sens que la flêche de son symbole, elle est passante

 

conducteurc

 

 

 

Le courant va dans le même sens que la flêche du symbole de la diode, donc elle est passante et la lampe est allumée.

 

 

 

 

 

 

 conducteurd

 

 

La diode est montée en inverse, elle est donc bloquée, il n'y a pas de courant dans le circuit, donc la lampe est éteinte.

On ne rprésente pas le courant sur le schéma car il n'y a pas de courant.

 

 

 

 La diode est passante quand le courant la parcourt dans le sens de son symbole. 

 

VIII) La diode électroluminescente (LED)

 

conducteurePhotos de LED

conducteurf

Symbole d'une LED

 

C'est une diode, donc elle sera passante quand lecourant la traversera dans le sens de son symbole.

C'est un composant très sensible (le courant qui la traverse doit être de l'ordre de 20mA), aussi place t-on toujours une résistance de valeur adéquate pour la protéger.

conducteurg

 

 

La LED est passante et donc allumée

 

 

 

 

 

conducteurh

 

 

 La LED est bloquée donc éteinte.

 

 

 

 

 

Une LED est allumée quand elle est passante.