Un fil de cuivre de section mm est parcouru par

Exercice d'entraînement · niveau 2 · physique (première), chapitre 5 — Aspects énergétiques des phénomènes électriques · Charges, débit, énergie stockée

Énoncé

Un fil de cuivre de section $S = 1, 0$ mm $^{2}$ est parcouru par $I = 5, 0 A$ . Le cuivre contient $n = 8, 5 \times 1 0^{28}$ électrons libres par mètre cube ( $e = 1, 6 \times 1 0^{- 19} C$ ). On admet $I = n e S v$ , où $v$ est la vitesse moyenne d'ensemble des électrons.

Calculer $v$ . Commenter.
Pourquoi une lampe s'allume-t-elle pourtant instantanément quand on ferme l'interrupteur ?

Corrigé

1. $v = \frac{I}{n e S} = \frac{5 , 0}{8 , 5 \times 1 0 ^{28} \times 1 , 6 \times 1 0 ^{- 19} \times 1 , 0 \times 1 0 ^{- 6}} = 3, 7 \times 1 0^{- 4} m / s$ , soit $0, 37$ mm/s. Un électron met plus d'une heure à parcourir un mètre et demi de fil. <br> 2. Parce que ce ne sont pas « les » électrons de l'interrupteur qui vont jusqu'à la lampe. Le champ électrique s'établit dans tout le circuit à une vitesse voisine de celle de la lumière, et met simultanément en mouvement les électrons déjà présents partout, y compris dans le filament. L'analogie est celle d'un tuyau déjà plein d'eau : ouvrir le robinet fait sortir de l'eau à l'autre bout aussitôt, bien avant qu'une molécule ait traversé le tuyau.

Contrôle : homogénéité, $\frac{A}{/ m ^{3} \times C \times m ^{2}} = \frac{C / s \cdot m ^{3}}{C \cdot m ^{2}} = m / s$ ✓.

Piège : confondre la vitesse des porteurs (très lente) avec la propagation du signal électrique (quasi instantanée).

Les autres exercices de ce chapitre Le cours du chapitre

Un blocage sur cet exercice ? Le tuteur d'Adloun guide par questions, sans donner la réponse.