Electricité
ACTIVITES
A1.Vitesse des électrons dans le cuivre.
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Dès que l'on ferme l'interrupteur d'une lampe, le mouvement des électrons libres s'oriente dans la même direction et dans le même sens, dans tout le circuit. La lampe s'allume alors quasi instantanément. À quelle vitesse se déplacent les électrons ? |
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Document 1 : Débit et intensité électrique. Le débit de charges électriques correspond à la quantité de charges électriques qui passent par une section d'un circuit électrique par unité de temps.
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Document 2 : Débit et vitesse.
On admet que le nombre de particules qui traversent la section du fil pendant la durée $\Delta \ t = \ t_{\ 2} \ - \ t_{ \ 1}$ est contenu dans un cylindre de volume $V$ tel que : $\color{red}{\LARGE V \ = \Delta \ t = \pi.r^{ \ 2}.v. \Delta \ t}$ $V$ : volume en $m^{ \ 3}$ $r$ : rayon du fil en $m$ $v$ :vitesse de déplacement des particules en $m.s^{ \ 1}$ $\Delta \ t $ : durée en $s$ |
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Données : Constante d'Avogadro : $\cal{N}_a \ = \ 6,02.10^{ \ 23} \ mol^{ \ -1}$ Charge élémentaire : $e \ = \ 1,602.10^{ \ -19} \ C$ Masse molaire atomique du cuivre : $M \ = \ 63,5 \ g.mol^{ \ -1}$ Masse volumique du cuivre : $\rho \ = \ 8,96.10^{ \ 3} \ kg.m^{ \ -3}$ Nombre d’électron libre par atome de cuivre : $1$ |
1.En utilisant les données, calculez le nombre N d'électrons libres contenus dans $1 \ m^{ \ 3}$ de cuivre.
2a.Donner l'expression de la charge Q contenue dans un volume V en fonction de N et V.
2b.À l'aide du document 2, en déduire une relation entre cette charge $Q$, la vitesse $v$ des électrons et la durée $\Delta \ t$ dans le cas d'un fil de cuivre de $0,50 \ mm$ de diamètre.
2c.Proposer une autre expression de la charge $Q$ traversant une section du fil pendant une durée $\Delta \ t$ , en fonction de $I$ et $\Delta \ t$.
2d.À partir des réponses données aux questions précédentes, en déduire une expression de la vitesse des charges dans le fil de cuivre. Calculez sa valeur pour une intensité du courant électrique de $100 \ mA$.
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