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Le courant électrique dans les métaux

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Objectifs

Les métaux sont des matériaux dont une des propriétés est qu’ils conduisent le courant électrique.
Pourquoi les métaux peuvent-ils conduire le courant électrique, et comment expliquer ce phénomène ?

1. La structure des métaux

a. Le noyau

Les atomes métalliques, comme tous les autres atomes, sont constitués d’un noyau et d’électrons.
Le noyau de l’atome est positif : il contient des particules chargées positivement

b. Les électrons

Les électrons sont chargés négativement. Ils gravitent autour du noyau. Certains en sont proches, d’autres en sont éloignés.

• Plus un électron est proche du noyau, plus il est attiré par ce noyau.
• Plus un électron est éloigné du noyau, plus la force d’attraction diminue.

Certains des électrons éloignés du noyau peuvent s’échapper et se déplacer d’un atome à l’autre. Ce sont les électrons libres.
Au repos, lorsqu’il n’y a aucune action électrique sur le métal, ce mouvement est incessant et désordonné. Cependant, l’électroneutralité de l’ensemble des électrons est assurée puisqu’aucun électron ne sort de "l’ensemble".

c. L'atome

L’atome possède autant de charges positives que de charges négatives: c'est pourquoi l'atome est électriquement neutre. La matière, constituée d’atomes, est donc également électriquement neutre.

2. Le courant dans les métaux

Si l’on branche un générateur aux extrémités d’un morceau de métal (fil métallique par exemple), les électrons libres se déplacent tous ensemble, de la borne (-) vers la borne (+) du générateur.
Ce déplacement ordonné des électrons libres assure le passage du courant.

Explication : Deux charges électriques de même signe se repoussent ; deux charges électriques de signe contraire s’attirent.
Les électrons, étant chargés négativement, sont attirés par la borne (+) et repoussés par la borne (-).

Le sens conventionnel du courant dans un circuit électrique, défini arbitrairement avant de connaitre le sens réel de circulation des électrons, est orienté de la borne (+) vers la borne (-) du générateur : il est inversé par rapport au mouvement réel des électrons.

Un matériau qui possède des électrons libres permet donc le passage du courant électrique : on dit que c’est un conducteur électrique. Les métaux sont tous de bons conducteurs électriques.
Un matériau dépourvu d’électrons libres ne permet pas le passage du courant électrique : on dit que c’est un isolant électrique.

L'essentiel

Le courant électrique dans les métaux est dû au déplacement d’ensemble des électrons libres sous l’effet d’un générateur, de la borne (-) vers la borne (+).

Le mouvement des électrons libres est opposé au sens conventionnel du courant.

Un matériau qui possède des électrons libres est dit conducteur électrique, un matériau qui n’en possède pas est dit isolant électrique.

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