an electron
En physique, il est probable que vous ayez rencontré « l’électron-volt », de symbole $eV$.

L’électron-volt (ou électronvolt) est une unité d’énergie. Ce n’est pas l’unité d’énergie du système international, qui est le joule.

On définit de façon usuelle :

$$1\text{ }eV = 1,602\times10^{-19}\text{ }J$$

Une valeur plus précise est donnée sur Wikipedia.
On remarque que l’électron-volt représente une quantité d’énergie très faible, aussi cette unité n’est donc utilisé que dans un domaine qui s’y prêtent le mieux : la physique des particules.

La définition de l’électron-volt est la suivante :

L’électron-volt est définie comme étant l'énergie cinétique acquise par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d'un volt.

Pour visualiser ça, vous prenez deux plaques métalliques parallèles distantes d’un mètre et que vous soumettez à une différence de potentiel de 1 V.
Un électron qui se détacherait de la plaque négative va alors accélérer vers la plaque positive. L’énergie cinétique acquise par cet électron électron est alors égale à 1 eV :

electron-volt
Si on avait utilisé une tension de 10 000 V entre les plaques, alors l’électron aurait une énergie cinétique de 10 000 eV, ou 10 keV.

Si vous voulez une analogie plus simple à comprendre, imaginez une pomme que vous lâchez d’une hauteur d’un mètre. Quand la pomme touche le sol, elle a accéléré d’une vitesse $v$.
L’énergie cinétique de la pomme sera alors égale à ce qu’on peut appeler « 1 pomme-g », c’est à dire l’énergie cinétique acquise par une pomme, tombant dans le champ gravitationnel de la Terre de 1 g, d’une hauteur d’un mètre.

Pour une pomme de 200 grammes, cela représente environ 1,96 joule, et la vitesse d’impact est de 4,43 m/s (environ 16 km/h).

Évidemment, on néglige ici le ralentissement lié aux frottements de l’air. Aussi, dans le cas de l’électron qui accélère entre les deux plaques, il faut considérer que ce soit fait dans le vide.

L’électron-volt est parfois utilisée pour désigner une masse.
On exprime par exemple la masse de l’électron comme étant 511 keV, ou que celle du proton est 938 MeV (mégaélectronvolt).

La raison à cela est l’équivalence masse-énergie, selon la célèbre équation $E=mc^2$ : la masse ($m$) d’un corps est équivalente à une énergie ($E$) à une constant près ($c^2$). En effectuant un changement de variable, on peut alléger l’écriture et on dit que la masse de la particule vaut 511 keV (la constante étant sous-entendue).

De la même façon, avec d’autres constantes (de Planck, de Boltzmann…) on peut exprimer températures, durées, longueurs, quantité de mouvements… en utilisant l’électron-volt.

photo d’illustration de Peter Zuco

12 commentaires

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Frank écrit :

Question bête, mais du coup dans "champ d'accélération" il va avoir une vitesse de plus en plus rapide non ? La vitesse finale si les deux plaques sont distantes de 1cm sera plus faible qu si elles sont distantes de 1m ? Du coup l'énergie est différente

Ou alors comme le champ étant borné, l'énergie finale acquise sera la même quelque soit la distance ?

Désolé, pas physicien ;-)

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Le Hollandais Volant écrit :

@Frank : Dans les deux cas, qu’on accélère lentement sur une distance de 2 mètres ou rapidement sur une distance de 1 centimètre, la vitesse finale reste identique.

Pour reprendre une analogie avec la gravitation, on peut voir deux cyclistes sur deux routes descendantes : l’un est sur une descente de 500 mètres avec une pente de 1 %, l’autre est sur une descente de 50 mètres avec une pente de 10 %. Sans tenir compte des pertes par frottements, quel cycliste ira le plus vite à l’arrivée ? Réponse : aucun, les deux iront à la même vitesse.
En fait, les dénivelés sont de 5 mètres dans les deux cas, donc l’énergie potentielle (qui ne dépend que du dénivelé) est également identique dans les deux cas. Donc lest énergies cinétiques gagnées par les cyclistes sont également les mêmes.

Pour en revenir aux électrons, dans le cas de deux plaques très proches, l’intensité du champ électrique est bien plus forte (100 V/m au lieu de 1 V/m), mais il ne faut pas oublier que la particule se déplace sur la distance entre les deux plaques, et si cette distance est raccourcie, alors la distance d’accélération est également raccourcie (l’accélération est plus rapide dans le temps, mais moins longue en distance, et au final la vitesse est identique).

Du moment que la différence de potentiel reste identique, l’énergie cinétique gagnée reste identique aussi, quelque soit la distance : la hausse de l’intensité du champ électrique est automatiquement contrebalancée par la diminution de la distance.

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marguil écrit :

J'aime bien vos réaction,:dite moi j'aie encore du mal a comprendre l'électricité,:c'est seulement un déplacement d'électron?,:les noyaux restent fixe?

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Le Hollandais Volant écrit :

@marguil : oui. Seulement les électrons sont en déplacement.

En fait, les électrons sont situés autour du noyau, sous la forme de couches.
Seuls les électrons sur la ou les couches externes se déplacent, et sautent d’un atome à l’autre de la borne − vers la borne +.

Bien-sûr, ceci n’est valable que pour les éléments conducteurs. Dans un isolant (plastique, caoutchouc…) les électrons sont tous occupés pour faire les liaisons atomiques, il n’y a donc pas d’électrons libres et le courant ne peut pas passer.

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Fredo écrit :

J'aime bien cet article.

Petite question (comme on dit il n'y a pas de question bête).

Ma question est: les composante électroniques/électriques "consomment-t-ils" du courant ou bien de la tension ?

Ma question peut paraître tordue.
Car je sais qu'un composant électrique nécessite un courant et une tension pour fonctionner.

Mais ce que j'ai du mal à comprendre, c'est que dans un circuit le courant qui est en entrée est égal à celui en sortie.

Alors les composants qu'ont-ils "consommés" ?

Merci

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Le Hollandais Volant écrit :

@Fredo : il faut voir le courant électrique comme un courant d’eau : tout ce qui entre dans le tuyau, ressort du tuyau de l’autre côté.
Par exemple, ce qui entre dans le connecteur du tuyau de douche, ressort par le pommeau. Et ce qui sort du pommeau, entre dans le siphon puis dans les égouts. Donc ce n’est pas l’intensité, vu que cette dernière est clairement la même partout.

Par contre, la tension, elle, ne « circule » pas : elle correspond à un dénivelé entre deux points du circuit. Or, chaque composant peut se trouver sur à un dénivelé qui lui est propre.
Il n’y a donc pas de tension en entrée et de tension en sortie. Il n’y a que la tension entre deux points.

En réalité, ce qui est consommée, c’est de l’énergie : une partie de l’énergie envoyé par le réseau électrique est transformé par les composants (en lumière, en énergie mécanique, chaleur…).
Cet énergie est fournie par la source d’électricité, mais le courant électrique n’est que le vecteur de cette énergie.

Si tu pédales sur ton vélo pour faire briller la lumière, l’énergie est fournie par ton corps (par l’énergie présente sous la forme de liaisons chimiques dans les molécules des aliments que tu as mangé, et que le corps dégrade pour récupérer l’énergie). Cette énergie est transformée par tes jambes en énergie mécanique, puis en énergie électrique par la dynamo, et enfin en lumière par la lampe.

Pour en revenir à un circuit électrique, si tu veux obtenir plus d’énergie de tes composants, il faut augmenter l’énergie libérée par la source d’énergie, et ça, ça passe soit par une tension plus élevée soit par une intensité plus forte : l’énergie dépendant des deux :

$$\text{energie} = \text{puissance} \times \text{durée de fonctionnement}$$
Et où
$$\text{puissance} = \text{intensité} \times \text{tension}$$

Donc l’énergie consommée dépend uniquement de :
** l’intensité,
** la tension,
** la durée.

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FireWolf écrit :

Bonjour,
Dans une réponse à Fredo vous avez énoncé, je site:

"Pour en revenir aux électrons, dans le cas de deux plaques très proches, l’intensité du champ électrique est bien plus forte (100 V/m au lieu de 1 V/m), mais il ne faut pas oublier que la particule se déplace sur la distance entre les deux plaques, et si cette distance est raccourcie, alors la distance d’accélération est également raccourcie (l’accélération est plus rapide dans le temps, mais moins longue en distance, et au final la vitesse est identique)."

Je n'ai pas très bien compris cette partie, pouvez-vous me l'expliqué plus en détail s'il vous plait.

Merci de vôtre réponse et de cette article.

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Le Hollandais Volant écrit :

@FireWolf : Oui bien-sûr !
On utilise deux plaques métalliques, sous tension (1 V) entre lesquelles on place des électrons. La tension sur les plaques produit un champ électrique dans l’espace entre les plaques. Résultat, les électrons vont réagir à ce champ et accélérer (ie : se mettre en mouvement) entre les plaques, d’une plaque vers l’autre.

Ce que ma phrase dit, c’est que la distance entre les plaques n’importe pas sur la vitesse finale des électrons.

Si les deux plaques sont distantes de 1 m, alors l’accélération sera lente (faible champ électrique) mais longue (1 m).
Si les deux plaques sont distances de 1 cm, alors l’accélération sera rapide (fort champ électrique) mais courte (1 cm).

C’est ce que j’explique avec mon histoire de vélo et de dénivelé : pour aller vite dans une descente, l’angle de la pente et la longueur de la route n’importe pas. C’est le dénivelé, la différence entre le point le plus haut et le point le plus bas, qui compte.

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Arielk écrit :

J'ai une question svp ; c'est quoi l'énergie cinétique d'un électron accéléré par un champ électrique constant de 10volts/mètre après une distance de 10mètre.
Merci pour votre réponse

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Le Hollandais Volant écrit :

@Arielk : si la tension est 10 fois plus forte, l'énergie sera 10x plus grande.

Et si la distance d'accélération est 10 fois plus longue, l'énergie esr 10x plus grande aussi.

Donc au final, ça donne 100 eV.

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DarkSoul43 écrit :

Bonjour, excusez-moi de revenir sur ce vieil article mais j'ai une question si ça ne vous dérange pas (je suis en 4ème et la physique me passionne!!!!!!)

J'ai vu vos précédentes réponses et je ne comprends pas quand vous dites que la vitesse est constante.
Les électrons sont accélérés par la différence de potentiel donc ça veut dire que leur énergie cinétique initiale sera inférieure à l'énergie finale, c'est bien ça? La vitesse d'un électron accéléré varie donc?

Donc ça veut dire qu'on pourrait définir une vitesse minimale (= initiale, qui serait celle au départ? mais elle serait nulle non?) et une vitesse maximale (celle à la fin)?
Et c'est cette énergie cinétique maximale qui est égale à la valeur de la tension accélératrice et qui est constante??

Mrc par avance (en espérant que vous répondrez!!!) :)
PS je suis un gros débutant...

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Le Hollandais Volant écrit :

@DarkSoul43 : bonjour !

J'ai vu vos précédentes réponses et je ne comprends pas quand vous dites que la vitesse est constante.
Les électrons sont accélérés par la différence de potentiel donc ça veut dire que leur énergie cinétique initiale sera inférieure à l'énergie finale, c'est bien ça? La vitesse d'un électron accéléré varie donc?

Attention : je n’ai pas dit que la vitesse étant constante ! Comme tu dis, l’électron passe d’une vitesse nulle (0 m/s) à une vitesse finale, telle que la vitesse finale est supérieure à la vitesse initiale nulle.

Je dis en revanche que la la distance entre les deux plaques n’importe pas sur la vitesse finale de l’électron : que les plaques soient proches ou soient éloignées, la vitesse finale sera la même.

Donc ça veut dire qu'on pourrait définir une vitesse minimale (= initiale, qui serait celle au départ? mais elle serait nulle non?) et une vitesse maximale (celle à la fin)?
Et c'est cette énergie cinétique maximale qui est égale à la valeur de la tension accélératrice et qui est constante??

Oui !
La vitesse à la fin sera toujours la vitesse maximale qu’il est possible d’atteindre.

L’énergie cinétique, quant-à elle, est déterminée par la tension appliquée entre les plaques, oui. Après, elle va également dépendre de la charge de la particule : un électron sera moins accélérée que si l’on avait une particule avec une charge différente.
Si tu mets un proton entre les deux plaques, il sera accéléré aussi, mais dans l’autre sens.


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