Vitesse de Dérive – Électricité : La Vitesse de l’Électricité
L’électricité, dans son sens le plus général, se réfère au mouvement des électrons (ou d’autres porteurs de charge) à travers un conducteur, sous l’effet d’une différence de potentiel ou d’un champ électrique. Ce flux a plusieurs vitesses de signification. Pour aborder la question de la rapidité de l’électricité, il est nécessaire de distinguer deux types de vitesses principaux : la vitesse de propagation des ondes et la vitesse de dérive.
Vitesse de Propagation des Ondes
Dans les dispositifs électriques et électroniques courants, les signaux se déplacent sous forme d’ondes électromagnétiques, typiquement à 50%–99% de la vitesse de la lumière dans le vide, tandis que les électrons eux-mêmes se déplacent bien plus lentement.
Vitesse de Dérive
En électricité, la vitesse de dérive fait référence à la vitesse moyenne des porteurs de charge, généralement des électrons, lorsqu’ils se déplacent à travers un conducteur sous l’effet d’un champ électrique. Lorsqu’une tension est appliquée à travers un conducteur, un champ électrique est établi, poussant les électrons dans une certaine direction. Cependant, les électrons ne se déplacent pas en ligne droite, mais plutôt selon un mouvement aléatoire dû aux collisions avec les atomes du conducteur, perdant de l’énergie et se dispersant dans des directions aléatoires. Ce mouvement aléatoire confère aux électrons une vitesse moyenne, appelée vitesse de dérive. La vitesse de dérive des électrons dans un conducteur est généralement assez lente, de l’ordre de quelques millimètres par seconde, même si le courant dans le conducteur peut être élevé. La vitesse de dérive est proportionnelle au courant et, dans un matériau résistif, elle est également proportionnelle à l’ampleur du champ électrique externe.
Formule de la Vitesse de Dérive
La vitesse de dérive des électrons dans un conducteur peut être calculée en utilisant la formule suivante :
vd = (I / nAq)
où :
vd est la vitesse de dérive des électrons en mètres par seconde (m/s)
I est le courant traversant le conducteur en ampères (A)
n est le nombre de porteurs de charge par unité de volume dans le conducteur (en m-3)
A est l’aire de la section transversale du conducteur en mètres carrés (m2)
q est la charge d’un seul électron, qui est d’environ 1.602 x 10-19 Coulombs (C)
Cette formule découle de l’équation du courant électrique (I = nAqvd), qui lie le courant traversant un conducteur au nombre de porteurs de charge, à leur vitesse et à l’aire de la section transversale du conducteur. Par exemple, lorsqu’une tension continue est appliquée, la vitesse de dérive des électrons augmente proportionnellement à la force du champ électrique. La vitesse de dérive dans un fil de cuivre de 2 mm de diamètre avec un courant de 1 ampère est d’environ 8 cm par heure. Les tensions alternatives ne provoquent aucun déplacement net ; les électrons oscillent en avant et en arrière en réponse au champ électrique alternatif (sur une distance de quelques micromètres).
Vitesse de Dérive et Mobilité des Électrons
La vitesse de dérive et la mobilité des électrons sont deux concepts liés dans l’étude de l’électricité et des conducteurs, mais ils se réfèrent à différents aspects du comportement des porteurs de charge, comme les électrons, dans un matériau. La mobilité des électrons est une mesure de la facilité avec laquelle les électrons peuvent se déplacer à travers un matériau sous l’influence d’un champ électrique. Elle est définie comme le rapport de la vitesse de dérive des électrons à la force du champ électrique. En d’autres termes, la mobilité des électrons est une mesure de l’efficacité avec laquelle les électrons peuvent se déplacer à travers le matériau, en tenant compte de la résistance à leur mouvement due aux collisions avec les atomes du conducteur. L’unité de la mobilité des électrons est le mètre carré par volt-seconde (m2/Vs).
Bien que la vitesse de dérive et la mobilité des électrons soient liées, elles ne sont pas interchangeables. La vitesse de dérive est une quantité physique qui décrit le mouvement des porteurs de charge dans un conducteur, tandis que la mobilité des électrons est une propriété du matériau qui caractérise la facilité de déplacement des électrons à travers un matériau spécifique sous l’influence d’un champ électrique.
