Dérive des électrons dans un métal – vitesse de dérive, mobilité et résistivité

Ce qu’elle montre

Dans un métal, environ un électron par atome peut se déplacer librement dans le réseau d'ions positifs. Ces électrons bougent au hasard à environ 10⁵ m/s et heurtent sans cesse les ions, qui vibrent : sans champ, il n'y a donc aucun déplacement d'ensemble. Une tension crée un champ E dans le fil ; entre deux chocs, chaque électron est poussé dans le sens opposé à E et acquiert une lente dérive, d'une fraction de millimètre par seconde. L'intensité vaut I = nSv_d e. Des ions plus chauds vibrent davantage, les chocs sont plus rapprochés, τ diminue et la résistivité ρ = m/(ne²τ) augmente.

Mode d’emploi

Choisissez un Métal et réglez Intensité I, Section S, Température T et Longueur du fil L. Observez l'électron orange zigzaguer et dériver lentement contre le champ, et comptez les électrons qui traversent la section en pointillés. Lisez la vitesse de dérive, le champ, la durée entre chocs et la mobilité sous la figure, puis cliquez sur Enregistrer pour ajouter une ligne au tableau. Le graphique montre comment la résistivité et τ varient avec la température.

Paramètres modifiables

• Métal Cuivre, Argent, Or, Aluminium
• Intensité I 0–20 A
• Aire de la section S 0,1–10 mm²
• Température T 100–600 K
• Longueur du fil L 0,1–10 m
• Suivre un électron

Questions à explorer

1. Pourquoi la vitesse de dérive des électrons est-elle si faible alors qu'ils se déplacent au hasard à environ 10⁵ m/s ?
2. Si le même courant traverse un fil plus fin, que devient la vitesse de dérive et pourquoi ?
3. Pourquoi la résistance d'un fil de cuivre augmente-t-elle quand il chauffe ?