Fiche de révision : Deux siècles d’énergie électrique

📋 Plan du Cours

1. Évolution du modèle atomique
2. Électronégativité et électrons libres
3. Induction et alternateur
4. Équations de Maxwell
5. Niveaux d’énergie et conductivité

📖 1. Évolution du modèle atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Couches électroniques : Les électrons ne sont pas tous équivalents et se répartissent sur différentes couches autour du noyau.

📝 Points essentiels

• Le modèle atomique a évolué selon la succession suivante: modèle de la sphère pleine de John Dalton en 1803, modèle du « plum pudding » de J. J. Thomson en 1904, modèle planétaire d’Ernest Rutherford en 1911, modèle des couches d’électrons de Niels Bohr en 1913, modèle quantique de Schrödinger en 1926

💡 Astuce mémo

Dalton → Thomson → Rutherford → Bohr → Schrödinger

📖 2. Électronégativité et électrons libres

🔑 Notions clés & Définitions

• Électronégativité : La tendance d’un atome à attirer les électrons d’une liaison covalente.
• Électrons libres : Un métal est constitué de cations entourés d’électrons libres, dont le déplacement est à l’origine de la conduction électrique des métaux.

★ À maîtriser

• Dans une liaison covalente polarisée, l’atome le plus électronégatif porte une charge partielle δ−, tandis que l’autre atome porte une charge partielle δ+.

📌 Les oxydants ont tendance à prendre des électrons aux autres atomes, alors que les métaux ont tendance à libérer spontanément un ou plusieurs électrons.

Compléments

• La liaison oxygène-hydrogène rend la molécule d’eau polarisée et lui confère des propriétés électrostatiques.

💡 Astuce mémo

Oxydant capte les électrons ; métal les libère

📖 3. Induction et alternateur

🔑 Notions clés & Définitions

• Induction électromagnétique : La génération d’une tension électrique par une variation de champ magnétique.

★ À maîtriser

• En 1831, l’expérience de Faraday a montré qu’il était possible de générer un courant électrique à partir du mouvement d’un aimant ou d’un électroaimant.

Compléments

• Un alternateur comprend notamment:
  • un rotor
  • un stator
  • un aimant
  • une bobine
  • un axe
  • des bornes
  • une cage d’acier
  • un galet

💡 Astuce mémo

Mouvement de l’aimant → variation magnétique → courant électrique

📖 4. Équations de Maxwell

★ À maîtriser

• En 1865, Maxwell a publié une théorie mathématique fondée sur quatre équations pour modéliser les champs électriques et magnétiques.

📐 Formule — L’équation de Maxwell-Gauss s’écrit $\operatorname{div} E = \frac{\rho}{\varepsilon_0}$ et signifie qu’une charge électrique génère un champ électrique.

📐 Formule — L’équation de Maxwell-Faraday s’écrit $\operatorname{rot} E = -\frac{\partial B}{\partial t}$ et traduit le fait qu’une variation de champ magnétique génère une tension électrique.

📐 Formule — L’équation de Maxwell-Ampère s’écrit $\operatorname{rot} B = \mu_0\left(j + \varepsilon_0\frac{\partial E}{\partial t}\right)$ et indique qu’un déplacement de charges électriques génère un champ magnétique.

Compléments

📐 Formule — L’équation de conservation du flux magnétique s’écrit $\operatorname{div} B = 0$ et indique qu’un champ magnétique peut être canalisé dans un circuit magnétique. — Maxwell

📖 5. Niveaux d’énergie et conductivité

🔑 Notions clés & Définitions

• Bande de valence : Les niveaux d’énergie proches des états fondamentaux et aux liaisons chimiques dans un matériau solide.
• Bande de conduction : Les niveaux d’énergie élevés où certains atomes peuvent être ionisés et libérer des électrons.

★ À maîtriser

• Les atomes ne peuvent échanger que des quantités d’énergie bien précises.

📌 Un isolant possède un gap supérieur à 5 eV, un semi-conducteur un gap inférieur à 5 eV, et un conducteur des bandes qui se chevauchent.

📌 Un faible apport d’énergie par irradiation ou par une autre méthode peut rendre conducteur un matériau dont le gap est faible ; ce matériau est alors un semi-conducteur.

Compléments

📌 Le gap est l’écart d’énergie qui sépare la bande de valence de la bande de conduction.

💡 Astuce mémo

Gap élevé : isolant ; gap faible : semi-conducteur ; chevauchement : conducteur

📊 Tableaux de synthèse

Bandes d’énergie et matériaux