En relation avec le cours d'électromagnétisme, le bloc 1 étudie le transport de charges et les milieux conducteurs en présentant un modèle microscopique. Pour sensibiliser les étudiants à l'aspect complexe de la matière, le professeur est invité à conduire une critique du modèle historique de Drude en comparant le libre parcours moyen d’un électron libre avec la distance interatomique du réseau. La conductivité électrique sera réutilisée lors de l'étude des ondes électromagnétiques dans les conducteurs (effet de peau et réflexion sur un métal).

Notions et contenusCapacités exigibles
1. Transport de charge
1.1. Conservation de la charge
Densité volumique de charge électrique ρ, vecteur densité de courant électrique j.Passer d’une description microscopique (porteurs de charges, vitesse des porteurs) aux grandeurs mésoscopiques ρ et j.
Décrire les différents types de porteurs de charge. Faire la distinction entre charges mobiles et charges fixes.
Intensité du courant électrique.Écrire l'intensité comme le flux du vecteur densité de courant électrique à travers une surface orientée.
Bilan de charge.Établir l’équation locale traduisant la conservation de la charge électrique en coordonnées cartésiennes à une dimension.
Citer l’équation locale dans le cas tridimensionnel et en interpréter chacun des termes.
Régime stationnaire.Définir une ligne de courant et un tube de courant.

En régime stationnaire, exploiter le caractère conservatif du vecteur densité de courant électrique. Relier cette propriété à la loi des nœuds usuelle de l’électrocinétique.

1.2. Conducteur ohmique
Loi d’Ohm locale.Relier le vecteur densité de courant au champ électrique dans un conducteur ohmique. Citer l’ordre de grandeur de la conductivité du cuivre.
Modèle de Drude.En régime stationnaire, établir une expression de la conductivité électrique à l’aide d’un modèle microscopique.
Résistance d'un conducteur cylindrique.Établir l'expression de la résistance d’un câble cylindrique parcouru uniformément par un courant parallèle à son axe.
Puissance électrique. Effet Joule.Établir l'expression de la puissance volumique reçue par un conducteur ohmique. Interpréter l’effet Joule.
Approche documentaire : décrire la conductivité des semi-conducteurs, les types de porteurs, l’influence du dopage.

 

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Olivier

Professeur en lycée et classe prépa, je vous livre ici quelques conseils utiles à travers mes cours !

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