Les atomes contiennent plusieurs couches ou coquilles d'électrons. L'atome d'hydrogène a un électron sur la première couche, l'atome d'hélium en a deux sur la première couche, l'atome suivant (lithium) en a deux sur la première couche puis un sur la deuxième couche, etc. Chaque couche ne peut généralement contenir qu'un nombre d'électrons.

Les meilleurs conducteurs ont un atome dans leur couche la plus externe, et ils sont plus qu'heureux de l'abandonner. Considérez l ' atome de cuivre. Il a le nombre d'électrons suivant dans chaque couche: 2, 8, 18, 1. Il abandonnera cet électron sous un champ faiblement chargé, et il sera alors chargé positivement et «tirera» un électron d'un atome de cuivre voisin. Si vous regardez l'argent et l'or, ils sont disposés de la même manière: 2, 8, 18, 18, 1 pour l'argent et 2, 8, 18, 32, 18, 1 pour l'or.

Vous peut dépouiller n'importe quel atome d'un électron, mais les meilleurs "conducteurs" n'ont besoin que d'un champ faible pour le faire.

Donc, si je tire un électron au bout d'un fil de cuivre, en utilisant un champ électrique faible, alors cet atome pourrait retirer un électron de son voisin, et finalement un atome de cuivre quelque part dans le fil perdra son électron, mais sera incapable d'obtenir celui de quelqu'un d'autre parce qu'il est trop loin ou interagit avec un autre champ. Si je pousse un électron au bout du fil, alors l'atome de cuivre qui l'obtient en aura trop, présentera une charge négative et poussera essentiellement son électron supplémentaire sur un autre atome de cuivre jusqu'à ce qu'il trouve un atome qui ne peut pas obtenir Débarrassez-vous de lui, ou d'un atome qui en manque déjà un.

Vous pouvez également pousser et tirer des électrons sur et hors des isolateurs - vous le faites lorsque vous accumulez des charges électrostatiques, par exemple, en utilisant du tissu et du plastique .

Mais les conducteurs redistribuent la charge en interne, donc si vous chargez une extrémité d'un fil avec des électrons supplémentaires, vous pouvez considérer l'autre extrémité du fil chargée de la même manière.

Une batterie, qui utilise souvent une réaction chimique, établit une charge positive à une extrémité et une charge négative à l'autre. Si vous connectez un conducteur entre les deux extrémités, vous forcerez les électrons à travers le conducteur lorsqu'ils se déplaceront du côté chargé négativement (trop d'électrons) vers le côté chargé positivement (trop peu d'électrons).

Les électrons se déplacent dans une seule direction pour DC, et ils se déplacent dans un sens puis dans l'autre pour AC. En raison du champ magnétique changeant (c'est-à-dire que le fil devient un inducteur), les signaux CA haute fréquence se déplacent généralement près de la surface du fil. Vous pouvez rechercher «effet peau» pour mieux comprendre cela. Les électrons voyagent entre les atomes du conducteur.

Chaque fois que vous poussez 6,28x10 ^ 18 électrons à travers le fil, vous avez déplacé un ampère de courant. Cela représente 6,28 milliards de milliards d'électrons. Cependant, il y a environ 4,38 x 10 ^ 22 atomes de cuivre dans un mètre de fil de calibre 20, donc si vous poussez un ampli plein à travers, en supposant une distribution uniforme, vous n'obtiendrez aucun des électrons que vous avez poussés - vous ont expulsé des électrons qui étaient déjà dans le fil. Les électrons se déplacent lentement, individuellement, mais la charge se distribue rapidement - dès que vous insérez un électron, vous constatez qu'il est plus facile d'en retirer une à l'autre extrémité presque à la vitesse de la lumière à l'autre extrémité. Ce n'est pas le même électron, mais l'effet et la charge sont les mêmes.

Un bon conducteur distribue la charge très, très rapidement et ne convertit pas une grande partie du mouvement en chaleur. Si vous faites passer le même courant à travers le fil d'or de même taille et le fil de cuivre de même taille, le fil d'or chauffera davantage, car il est plus difficile pour ces atomes d'or d'abandonner et d'accepter des électrons.

C'est-à-dire Quel genre de chemin suivent-ils lorsqu'ils atteignent le bout du fil?

Ils ne le font pas. S'il y a un circuit ouvert, il n'y a pas de courant.

Le courant n'est en réalité qu'un flux d'électrons: 1A courant dans un sens = 6,24 x 10 ¹⁸ électrons circulant dans l'autre sens. (Merci à Benjamin Franklin pour cela: c'est lui qui a décidé de la convention de signe pour le courant, basée sur le mouvement de ce qu'il pensait être une charge positive.)

Le courant dans un chef d'orchestre est causé, en un sens, par champs électriques. Dans un conducteur, la densité de courant J = σE où J est en ampères / m ² , σ est la conductivité du matériau et E est le champ électrique.

Si vous avoir un fil connecté dans un circuit avec des composants (par exemple des résistances, etc.) à une source de tension, cette tension impose des champs électriques le long du circuit, provoquant la circulation du courant. Lorsque les électrons atteignent l'extrémité du fil qui est connecté à un autre composant, ils se déplacent dans ce composant et continuent en boucle autour du circuit.

L'analogie la plus simple ici est probablement l'écoulement de l'eau. Le courant est analogue au débit d'eau, la tension est analogue à la pression, les batteries sont analogues aux pompes, les fils sont analogues aux tuyaux ou aux tuyaux. (Contrairement à l'analogie avec l'eau, si vous coupez un circuit, le courant s'arrêtera, car la conductivité dans l'air des électrons est très faible, alors que si vous coupez un tuyau, l'eau se répandra.)

Un conducteur métallique est une mer d'électrons libres retenus dans un puits de potentiel par la charge positive des noyaux d'atomes qui composent le métal. Voici comment cela fonctionne: certains électrons sont étroitement liés au noyau des atomes, et certains sont libres d'errer. Ceux qui sont étroitement liés ne bougent pas, mais les libres peuvent aller où ils veulent ... en quelque sorte. La chaleur (mouvement brownien) fait se bousculer toutes ces particules et elles vont plus vite à mesure que la température augmente. Puisque certains électrons sont libres de se déplacer, la bousculade a tendance à les faire rebondir plus loin du reste des atomes. Un nuage d'électrons commence à se former au-delà de la surface du fil, et il s'agrandit à mesure que nous chauffons les choses. Au fur et à mesure que le nuage d'électrons se déplace plus loin, les atomes qui sont bloqués (dans un réseau cristallin en fait) développent une charge électrique positive qui a tendance à tirer les électrons en arrière. Il y a donc un équilibre entre les bousculades dues à la chaleur qui ont tendance à faire dilater le nuage d'électrons (quelque chose comme les molécules d'un gaz lui donnant envie de se dilater lorsqu'il est chauffé) et le champ électrique qui se développe parce que les électrons négatifs passent un peu plus de leur temps. loin du fil que les atomes positifs laissés derrière. L'effet net est que tous les électrons doivent rester près du fil, mais ils se déplacent plus loin lorsque la température augmente. Il y a un tas de choses qui arrivent à cause de cette «mer d'électrons».

Premièrement, c'est une mer et nous pouvons faire une analogie avec l'océan. Le long de la côte est des États-Unis, il y a quelque chose qui s'appelle le Gulf Stream. C'est un courant dans la mer. Il se déplace à quelques kilomètres à l'heure et transporte beaucoup d'eau vers le nord. Dans l'océan, il y a aussi des vagues. S'il y avait un tremblement de terre dans l'Atlantique, un tsunami qui en résulterait se déplacerait à travers l'océan à 600 miles par heure. Nous avons donc l'expérience que dans une mer, les vagues peuvent se déplacer très rapidement tandis que le courant se déplace beaucoup plus lentement. Dans un fil, c'est à peu près la même chose. Lorsque vous appliquez un potentiel positif à l'extrémité d'un fil, les électrons du nuage autour du fil y sont attirés. En fait, votre charge positive est maintenant en concurrence avec la charge positive des atomes, et certains électrons se déplaceront dans votre direction. Certains peuvent même se déplacer physiquement dans votre charge positive que vous avez appliquée, mais la plupart du temps, le nuage d'électrons à l'extrémité du fil se déplacera vers vous. Une fois qu'ils se déplacent, ceux un peu plus loin verront le changement car il y a maintenant moins d'électrons négatifs sur le côté vers vous. Alors ils changeront. Ce processus se propage le long du fil, chaque lot d'électrons se déplaçant en raison du changement de champ dû au déplacement d'autres. Lorsque la `` vague '' atteint l'autre extrémité du fil, le nuage se déplacera vers l'extrémité opposée, exposant davantage la charge positive des atomes, de sorte que vous verrez un potentiel positif à la fin. Mais cela n'arrive pas immédiatement. Le domaine du câble doit changer et cela prend du temps. Voici maintenant la partie vraiment intéressante: les champs électriques se déplacent à la vitesse de la lumière à l'extérieur du fil, mais ils se déplacent TRÈS LENTEMENT à l'intérieur du fil. Je n'ai pas de chiffres exacts, mais en dehors des champs de fil, les fils accélèrent à 3x10 ^ 8 mètres / sec. À l'intérieur du fil, ce n'est même pas un mètre par seconde. Si vous appliquez DC, il faut beaucoup de temps pour qu'un seul électron se déplace réellement le long du fil jusqu'à l'autre extrémité. Mais, si vous appliquez une impulsion positive au fil, vous verrez une impulsion positive à l'autre extrémité à peu près à la vitesse de la lumière (si vous mettez un isolant autour du fil, cela va en fait un peu plus lentement, mais c'est un détail pour le moment). Comment se peut-il? Si les champs se déplacent très lentement à l'intérieur du fil, comment l'impulsion parvient-elle si rapidement à l'autre extrémité? Il le fait à cause du champ AUTOUR du fil. Un fil, pour les signaux CA en particulier, agit comme un guide d'ondes à l'envers dans une certaine mesure. Les champs ne peuvent pas pénétrer à l'intérieur du fil, ils restent donc près de la surface et ne bousculent que les électrons près de la surface. Pour DC, les champs peuvent enfin pénétrer dans tout le fil et tout faire bouger, mais pour AC, le champ s'inverse à intervalles réguliers, donc juste au moment où il pénètre un peu dans le fil, il s'inverse et doit recommencer. L'effet net est que les courants dans les fils se déplacent dans une région étroite près de la surface: c'est ce qu'on appelle «l'effet de peau». Je ne pense pas que cela ait été découvert par le Dr Skin (mais je peux me tromper), je pense que cela se réfère simplement au courant collant à la surface, ou «peau», du fil. Si vous vous demandez à quel point cela compte: très très très. Des tonnes. Grands gobs. J'ai des égaliseurs de câble conçus par des professionnels pour les signaux vidéo. L'effet peau m'a permis de gagner un bon salaire pendant quelques années. Prenez un fil de calibre 24 (par exemple, Cat 5) et appliquez un signal qui a des fréquences allant de très basses (par exemple 30 Hz) à raisonnablement élevées (par exemple 5 MHz). Les basses fréquences peuvent pénétrer beaucoup plus loin dans le cuivre, et donc elles voient en fait un câble beaucoup plus gros. Les hautes fréquences ne voient qu'un tube fin. Quelle est la différence? La résistance! Les signaux circulent beaucoup plus facilement dans un fil épais que dans un tube fin. Ainsi, les hautes fréquences deviennent de plus en plus petites à mesure que vous descendez le câble. Pour un signal vidéo, cela signifie que votre image devient plus floue et plus floue et finalement la couleur disparaîtra. Après avoir parcouru un kilomètre de câble Cat 5, les parties de 5 MHz d'un signal vidéo seront environ un million de fois plus petites que les basses fréquences.
Une autre chose que cette «mer d'électrons» explique: les rayons cathodiques. Dans le bon vieux temps, les signaux électriques étaient amplifiés par des tubes à vide. Le tube à vide lui-même avait un filament (qui avait un courant forcé à travers lui donc il brillait orange chaud) et une grille (un peu comme un écran métallique) à côté du filament. Plus loin, il y avait quelque chose qui s'appelait une plaque (qui n'était qu'une plaque métallique avec une connexion terminale). Lorsque le filament était chaud, la mer d'électrons se dilatait et beaucoup d'électrons s'éloignaient assez de leur fil domestique. Si vous appliquez une charge positive à la grille, cela pourrait retirer certains de ces électrons du filament et si, en même temps, vous appliquiez une charge positive à la plaque, ils se précipiteraient à travers le vide à l'intérieur tube et atterrir sur la plaque provoquant un courant. Ainsi, la grille pouvait contrôler le courant à travers le tube, et c'était le premier amplificateur électronique. Il a été inventé dès les premières ampoules. En fait, Edison l'a presque inventé, mais n'a jamais terminé l'expérience, alors le signe de tête va à un monsieur nommé DeForrest. (Je pense ... peut-être que je devrais consulter Wikipedia). Si cette plaque était un écran recouvert de luminophores, elle est devenue un tube cathodique (tube cathodique) et qui est devenu le premier téléviseur. place par leurs atomes parents. Je ne sais pas si c'est ce que vous cherchiez, mais cela m'a toujours aidé une fois que je l'ai appris. Bonne chance, sauvez

Lorsqu'un courant électrique circule, les électrons se déplacent du pôle négatif vers le pôle positif à une très petite vitesse, quelque chose de l'ordre de \ $ 0,02 mm / s \ $ dans un fil standard vers une ampoule. Les électrons se déplacent dans la direction opposée de ce que nous appelons le courant. Lorsqu'ils atteignent l'extrémité du fil, ils se transforment en fait dans le matériau de la borne, de l'ampoule ou autre. La facilité de mobilité des électrons est ce que nous appelons la conductance.

Dans les circuits AC, les électrons bougent en fait un peu, en fonction de la fréquence du courant alternatif, suivant la polarité du courant.

Voir http://amasci.com/miscon/speed.html

Lorsque DC est appliqué, les électrons libres dans le cuivre commencent à quitter la borne négative de la batterie et à entrer dans la borne positive de la batterie. Ils se déplacent très lentement [Une référence peut être trouvée dans B L Theraja, Génie électrique]. Ils ne se contentent pas d'atteindre et de terminer leur voyage. Le courant est dû à leur mouvement dans une direction particulière, pas parce qu'ils ont atteint leur destination et qu'ils doivent mourir maintenant.

Les électrons ne meurent pas. Ils continueraient simplement son chemin du fil de cuivre dans la batterie (qui est également un conducteur à faible résistance).

Le courant AD est pareil. Les électrons se déplacent simplement d'avant en arrière. Comme une autre réponse dit, ils se déplacent très lentement, donc cela doit vraiment être un petit mouvement. Mais pas qu'ils soient très élastiques. Cela signifie que si un électron se déplace au début du conduteur, il déplace un autre électron à la fin du conducteur. Sot le mouvement est totalement déformé. Le et il y a toujours des électrons qui passent du cuivre à la pâte et de la batterie au cuivre. En AC et DC.

Juste pour élargir l'analogie avec l'eau; supposons avoir un long tuyau, avec une source d'eau à une extrémité et une vanne à l'autre: le tuyau est plein d'eau et lorsque vous ouvrez la vanne, il commence à se répandre "instantanément". Vous ne dites pas que l'eau a voyagé à une vitesse infinie à travers le tuyau, juste qu'elle était à l'intérieur et qu'elle attendait un chemin pour aller quelque part.

La même chose se produit avec l'électricité: les électrons sont dans le fil , et lorsque vous appliquez la tension, ils commencent à bouger. Vous voyez presque instantanément l'effet car il y avait des "attente" au bout du fil, poussées par celles qui leur sont proches et donc allant à la source. Ainsi, même si les électrons sont lents , les signaux se propagent beaucoup plus rapidement (2/3 c est une référence courante) à cause de cette réaction en chaîne.