Objectif : Les propriétés
isolantes ou conductrices d'un matériau dépendent
de la liberté qu'ont les électrons à pouvoir
se déplacer dans le matériau. Elles
dépendent donc des interactions électriques
intervenant dans les atomes.
Quelle différence y a-t-il entre les comportements des
électrons dans un isolant et dans un conducteur ?
Que se passe-t-il quand le milieu n'est pas un matériau
solide mais une solution ?
1. Les isolants
a. Définition
Dans un isolant, les électrons restent
localisés. Ils peuvent se déplacer
sur des distances qui n'excèdent pas la taille de l'atome
(
10-10 m).
Exemples : Le bois, le verre et les
matières plastiques sont des matériaux isolants.
b. Excès d'électrons
Dans un isolant, un excès d'électrons est
localisé. Des électrons, déposés par
contact, restent localisés à la surface, à
l'endroit du contact.
c. Défaut d'électrons
Lorsqu'une règle en matière plastique est
frottée avec un chiffon, des électrons sont
arrachés de la règle. Il apparaît alors un
défaut d'électrons qui est
localisé à l'endroit où la règle a
été frottée.
Dans un isolant, ce défaut d'électrons
(apparition de charges positives) ne peut pas être
compensé par un apport en électrons,
situés dans le nuage électronique des atomes
voisins. Ce défaut d'électrons reste donc
localisé à la surface, à l'endroit
où il a été initialement
créé.
2. Les conducteurs
a. Définition
Dans un conducteur, certains électrons peuvent se
déplacer sur des
grandes distances par
rapport à la dimension de l'atome (sur toute la surface du
conducteur).
Exemples : Les métaux et le
graphite sont des matériaux conducteurs.
b. Excès d'électrons
Les électrons, déposés par contact, sont
répartis sur toute la surface de l'objet
conducteur.
c. Défaut d'électrons
Si le matériau présente un
défaut d'électrons (le nombre de
protons est alors supérieur au nombre d'électrons),
l'ensemble des charges positives est réparti sur toute la
surface du conducteur. Les atomes, d'un matériau
électrisé, peuvent perdre des électrons (par
frottement ou contact). Cette perte d'électrons est
compensée par l'arrivée d'électrons d'autres
atomes. Ainsi, de proche en proche, le défaut
d'électrons (qui se traduit par un ensemble de charges
positives) se répartit sur toute la surface du conducteur.
3. Les porteurs de charge
a. Dans les solides
Dans les matériaux conducteurs, les porteurs de charges
sont les
électrons libres. Certains
électrons ne sont pas « retenus »
par le noyau et sont libres de se déplacer dans le
métal.
Exemple : Dans le cuivre, il y a un
électron libre par atome de cuivre. Le
cuivre est un métal très bon conducteur
électrique.
b. Dans les solutions
Dans les solutions, les porteurs de charges sont les
ions (les anions : chargés
négativement et les cations : chargés
positivement).
L'essentiel
Dans un isolant, les électrons
peuvent se déplacer sur des distances qui
n'excèdent pas la taille de l'atome
(10-10 m).
Dans un conducteur, les électrons
peuvent se déplacer sur des grandes
distances par rapport à la dimension de l'atome.
Les porteurs de charges sont les électrons
libres dans les solides et les ions (anions et
cations) dans les solutions.