Atomes et électrons

Cette section traite des médias de cuivre utilisés dans les réseaux. Comme toute matière est composée d'atomes, cette page commence par expliquer en détail les atomes et les électrons.

Toute matière est composée d'atomes. Le tableau périodique des éléments répertorie tous les atomes connus et leurs propriétés. Un atome est composé des trois particules suivantes:

Électron – Particule de charge négative gravitant autour du noyau
Proton – Particule de charge positive
Neutron – Particule neutre sans charge
Les protons et les neutrons se regroupent pour former un noyau.

Pour mieux comprendre les propriétés électriques des différents éléments, recherchez l'hélium (He) dans le tableau périodique. Son nombre atomique est 2, ce qui signifie qu'il est composé de deux protons et de deux électrons. Son poids atomique est 4. Si vous soustrayez de son poids son nombre atomique 2, vous obtenez le nombre de neutrons contenus dans l'hélium, soit deux neutrons.

Le physicien danois Niels Bohr a élaboré un modèle simplifié pour représenter un atome. La figure suivante illustre un atome d'hélium. Si les protons et les neutrons de cet atome avaient la taille d’un ballon de football, les électrons seraient les seuls éléments plus petits que le ballon au milieu du terrain de football. Ils auraient la taille de cerises et graviteraient autour du stade près des sièges les plus éloignés du terrain. Le volume total de cet atome correspondrait à peu près à la taille du terrain et le noyau aurait la taille du ballon.

Selon la loi de Coulomb sur la force électrique, si des particules de charges opposées sont attirées l'une vers l'autre, des particules de charges identiques génèrent une force dite répulsive. Que les charges soient opposées ou identiques, la force augmente à mesure que les particules se rapprochent l’une de l’autre. La force est inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare. Lorsque des particules sont très proches, la force nucléaire supplante la force électrique répulsive et préserve ainsi le noyau. C'est pourquoi le noyau ne se désintègre pas.

Examinez le modèle de l'atome d'hélium de Bohr. Si la loi de Coulomb est exacte et que le modèle de Bohr décrit les atomes d'hélium comme étant stables, d'autres lois naturelles doivent intervenir. Revoyez ces deux théories pour déterminer dans quelle mesure elles s'opposent.

Loi de Coulomb – Les charges opposées s'attirent et les charges identiques se repoussent.
Modèle de Bohr – Les protons comprennent des charges positives, et les électrons des charges négatives. Le noyau contient plusieurs protons.
Les électrons restent en orbite, même si les protons attirent les électrons. Ils disposent juste de la rapidité nécessaire pour rester en orbite et ne pas être entraînés dans le noyau, à l'instar de la lune tournant autour de la terre.

Les protons restent solidaires en raison de la force nucléaire associée aux neutrons. Cette force extrêmement puissante agit comme une colle pour assurer la cohésion du noyau.

Les électrons sont liés à leur orbite autour du noyau par une force plus faible que la force nucléaire. Les électrons de certains atomes, comme les métaux, peuvent se libérer et se mettre à circuler. Cet ensemble d'électrons qui se libère facilement des atomes forme l'électricité. L'électricité résulte donc de la libre circulation des électrons.

Les électrons libérés qui ne se déplacent pas et comportent une charge négative forment l'électricité statique. Si ces électrons statiques entrent en contact avec un conducteur, ils génèrent une décharge électrostatique. Les conducteurs sont traités dans la suite de ce module.

Si les décharges électrostatiques sont généralement inoffensives pour les êtres humains, elles peuvent endommager gravement les équipements électroniques sensibles, tels que les puces d'un ordinateur et, le cas échéant, les données qu'il contient. Les circuits logiques des puces d'un ordinateur sont extrêmement sensibles aux décharges électrostatiques. Les étudiants devront prendre les précautions nécessaires avant d'intervenir à l'intérieur des ordinateurs, des routeurs et des équipements similaires.

Les atomes, ou groupes d'atomes (appelés molécules), constituent des matériaux. Les matériaux sont classés en trois groupes, selon la résistance qu'ils offrent aux électrons libres.

La façon dont les isolants, les conducteurs et les semi-conducteurs interagissent et contrôlent le flux d'électrons constitue la base de tout équipement électronique.

Cette activité de TP permet de revoir comment manipuler correctement un multimètre.

La page suivante décrit la tension électrique.