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Résistance électrique

Résistance électrique

En électricité, le terme résistance désigne deux choses différentes mais liées :
- une propriété physique : l'aptitude d'un matériau conducteur à s'opposer au passage du courant électrique.
- un dipôle qui est utilisé justement par le fait que sa résistance est soit utile soit connue.

La propriété physique résistance

Elle est souvent désignée par la lettre R et son unité de mesure est l'ohm (symbole Ω). Elle est liée aux notions de résistivité et de conductivité électrique : Pour un conducteur filiforme homogène, à une température donnée, il existe une relation permettant de calculer sa résistance en fonction du matériau qui le constitue et de ses dimensions : :

R=\rho \frac l s=\frac \,

\rho  \,

étant la résistivité en Ω.m,
-

l  \,

la longueur en mètres,
-

s \,

la section en m²,
-

\gamma  \,

la conductivité en (Ω.m)^-1 La résistance est aussi responsable d'une dissipation d'énergie sous forme de chaleur. Cette propriété porte le nom d'effet Joule. Cette production de chaleur est parfois un effet souhaité (résistances de chauffage), parfois un effet néfaste (pertes Joule). Un des problèmes majeurs pour les ingénieurs est que la conductivité et son inverse la résistivité dépendent fortement de la température. Lorsque un dipôle est traversé par un courant électrique, sa résistance provoque un échauffement qui modifie sa température qui modifie sa résistance. La résistance d'un dipôle dépend donc fortement des conditions d'utilisation. La puissance dissipée par effet de Joule est

P =

Le dipôle résistance

dipôle On distingue :
- Les résistances de puissance dont le but est de produire de la chaleur. Dans ce cas on préfère indiquer la tension nominale d'utilisation et la valeur de la puissance produite.
- Les résistances fixes dont le but est d'obtenir, dans un montage électronique, des potentiels ou des courants parfaitement déterminés en certains endroits du circuits. On indique alors par un code sa valeur de résistance et la précision de cette valeur. La puissance maximale qu'elle peut dissiper se devine (parfois) par sa taille. Ces résistances sont les seules à véritablement vérifier la loi d'Ohm dans un grand domaine d'utilisation (or elles ont été conçues après sa mort !)
- Les résistances variables qui permettent à un utilisateur d'ajuster un courant (rhéostat) ou une tension (potentiomètre).
- Les dipôles dont la résistance varie avec une grandeur physique :
- La température : CTN (résistance à coefficient de température négatif) et CTP (à coefficient de température positif)
- L'éclairement : photorésistances
- Les forces appliquées : jauges de contraintes... loi d'Ohm

Les résistances fixes ou résistances

C'est un composant électronique qui vérifie la loi d'Ohm.

Technologie

- Les résistances de faible puissance en dessous de 4 Watts sont généralement des résistances à couche de carbone sur un support céramique.
- Pour les puissances supérieures, la technique du fil résistant enroulé sur un corps en céramique est souvent utilisée.
- Pour les très fortes puissances, on peut utiliser une technologie dite des « résistances liquides » consistant à faire passer le courant sur une solution aqueuse de cuivre.

Repérage

La valeur des résistances à couche de carbone est habituellement indiquée sur le composant sous forme d'anneaux de couleurs. Communément 4 anneaux apparaissent: # Le premier est celui qui est placé le plus près d'une extrémité. # Les deux premiers indiquent deux chiffres (un chiffre correspondant à une couleur). # Le troisième indique un facteur de multiplication, du nombre formé par les deux premiers. # Le dernier indique la tolérance d'erreur ou précision. En effet les résistances comme beaucoup de composants électroniques, du fait de leur technique de fabrication, et pour des considérations économiques ne sont pas calibrées très précisément. En fonction des applications on utilisera une série ayant des caractéristiques de précision différentes. Les pourcentages possibles en plus ou moins de la valeur de R vont de 20% à 0.05%. Le prix d'achat de la résistance est proportionnel à sa précision. Les couleurs employées pour le marquage de valeurs des résistances, rangées par ordre croissant de valeur en partant de zéro sont:
- 0 = Noir, 1 = Marron, 2 = Rouge, 3 = Orange, 4 = Jaune, 5 = Vert, 6 = Bleu, 7 = Violet, 8 = Gris, 9 = Blanc.
- Il existe une phrase mnémotechnique pour ce souvenir du code des couleurs, pour la correspondance on ne tient compte que de la première lettre de chaque mot : Ne Manger Rien Ou Jeuner Voilà Bien Votre Grande Bêtise. Les couleurs employées pour la précision sont : Aucune = 20%, Argent = 10%, Or = 5%. Pour les séries de précision supérieure d'autres anneaux apparaissent ajoutant un chiffre avant le multiplicateur, le coefficient de température. Voir lien Illustration. Exemple de code des couleurs des résistances : [http://www.okaphone.nl/calc/resistance.shtml?ohm=4700&tol=5 Jaune, Violet, Rouge, Or] se traduit par 4700 Ohm 5% ou 4k7 5%.

Séries de valeurs normales

La liste des valeurs disponibles est définie par la norme CEI 60063.

Évolution

Cette technique de repérage tend à disparaître complètement permettant de réduire très sensiblement la taille des composants (on parle de résistance de technologie dîte : CMS). Les résistances en montage de surface, de forme rectangulaire, et l'augmentation du nombre des valeurs couramment utilisées par l'industrie ont induit l'impression de valeurs numériques reprenant le principe des couleurs (quand c'est encore possible).

Voir aussi

Liens internes

- Conductivité électrique
- Conduction électrique dans les oxydes cristallins
- Semi-conducteur
- Loi d'Ohm
- montages simples avec des résisteurs
- circuit RLC, filtre (électronique)
- diviseur de tension
- pont de Wheastone

Liens externes

- [http://www.gs-soft.fr/document/electro/resisto.htm Code des couleurs] Catégorie:Composant électronique Catégorie:Composant passif ja:電気抵抗 ko:전기저항

Courant électrique

ko:전류 ja:電流 Catégorie:Électricité Catégorie:Quantité physique

Généralités

Un courant électrique est un déplacement de porteurs de charge électrique. Historiquement, au début de l'étude de la conduction de l'électricité, les scientifiques ont pensé que les particules qui se déplaçaient dans les métaux étaient chargées positivement et ont défini en conséquence un sens conventionnel du courant comme étant le sens de déplacement des charges positives. Plus tard on a mis en évidence que ce sont très majoritairement les électrons, particules chargées négativement, qui se déplacent dans les métaux et qui permettent la circulation des courants électriques. En effet, dans un conducteur métallique, les particules chargées et mobiles sont des électrons peu liés aux atomes auxquels ils appartiennent (on dit que ces électrons se trouvent dans la bande de conduction). On peut considérer qu'ils se déplacent facilement dans le matériau métallique. Lorsqu'une différence de potentiel est appliquée aux extrémités du conducteur, elle provoque le déplacement de ces électrons, ce que l'on appelle courant électrique. Le réseau des atomes contient des ions positifs : les atomes qui ont perdu un électron. Mais ces derniers, prisonniers du réseau par les liaisons métalliques, sont quasiment immobiles et ne participent que de manière infime à la circulation du courant. En revanche, dans les électrolytes, solutions contenant simultanément des ions chargés positivement et des ions chargés négativement, toutes les particules chargées participent à la circulation du courant. Les charges positives circulent dans le sens conventionnel et les charges négative dans l'autre sens. Les matériaux qui possèdent beaucoup de porteurs de charge libres et qui sont donc facilement traversés par un courant électrique sont dits conducteurs, ceux qui n'en possèdent pas ou très peu sont dits isolants ou diélectriques. L'air est un bon isolant, mais au-delà d'un certain seuil, quand le champ électrique est trop grand, les électrons sont arrachés aux atomes, qui deviennent des particules ionisées ou ions, et l'air devient un plasma. Le plasma étant un conducteur parfait, il laisse passer le courant électrique : de l'éclair à l'étincelle. Certains dispositifs peuvent laisser passer le courant électrique dans un sens, mais pas dans l'autre. C'est le cas des diodes qui sont réalisées à l'aide de jonctions de semiconducteurs dopés différemment : jonction PN ou jonction métal semi-conducteur.

Types de courant

- Courant continu
- Courant alternatif
- Courant sinusoïdal

Sens du courant électrique

Hors des générateurs électriques, donc dans les fils d'alimentation et les consommateurs électriques:
- Sens conventionnel : Le courant électrique va du pôle positif vers le pôle négatif.
- Sens réel : Lorsque les porteurs de charges sont des électrons (cas le plus fréquent), leur mouvement effectif est du - vers le + (Sens de déplacement des électrons chargés négativement donc attirés par le positif). A l'intérieur des générateurs électriques où l'on crée le potentiel qui permet aux charges de se mettre en mouvement, les électrons se déplacent de la borne positive vers la borne négative. Ceci est rendu possible grâce à la conversion d'une autre forme d'énergie (ex: l'énergie électrochimique dans le cas d'une pile).

Intensité du courant

L'intensité du courant électrique en un point du circuit correspond au débit de la charge passant dans le conducteur en ce point. :

I=

Q en coulombs et t en secondes. L'intensité I du courant électrique se mesure en ampères (unité SI) dont le symbole normalisé est A.

Vitesse de propagation

La propagation de l'influx électrique se fait à une vitesse voisine de celle de la lumière (aux effets capacitifs près), mais ce n'est pas pour autant la vitesse des électrons qui le constituent. Ceux-ci voyagent plus modestement à quelques millimètres ou centimètres par seconde, en fonction de l'intensité du courant et de la section du conducteur (pour en savoir plus: voir Vitesse de l'électricité).

Utilisation du courant

La propagation de l'influx électrique peut servir à son utilisation à distance comme source d'énergie. Ce fut sa principale utilisation au début de l'ère industrielle. Elle peut aussi servir aux transmissions d'informations, depuis le simple télégraphe, jusqu'aux systèmes modernes de traitement et d'échange d'informations (ordinateur, informatique). Dans ce cas, une ou plusieurs caractéristiques du courant électrique sont contrôlées et modulées par l'émetteur de l'information pour construire un signal électrique. Dans le cas du télégraphe, les seules présence et absence (suivant un rythme codé) du courant électrique transmettaient l'information. Le XXème siècle a vu se développer l'utilisation de nombreux autres phénomènes possibles pour contrôler le courant électrique qui sont très largement utilisés en électronique. Grâce à eux, il est possible de traiter le courant électrique (mais aussi les ondes électromagnétiques) comme un vecteur d'informations, un signal électrique (ou électromagnétique) à l'échelle microscopique.

Voir aussi

- Électricité
- Électronique
- Générateur idéal de courant, dit « de Norton »
- Générateur idéal de tension, dit « de Thévenin »
- Le réseau de distribution du courant électrique peut servir de porteur pour transmettre des informations, CPL.
- Vecteur densité de courant

Dipôle

catégorie:électromagnétisme En électricité, un dipôle électrique désigne un conducteur rélié en deux points à un circuit. ---- En électromagnétisme, un dipôle désigne deux charges opposées +q et -q séparée d'une distance p. Un dipôle peut être permanent, comme par exemple une molécule polaire, ou bien induit, comme par exemple un nuage électronique qui se déforme sous l'action d'un champ extérieur (comme pour la diffusion Rayleigh). Les dipôles permettent notamment d'expliquer les liaisons hydrogène et les forces de van der Waals. ---- Dans le domaine des antennes, un dipôle est une antenne demi-onde au centre de laquelle est raccordée la ligne d'alimentation.

Ohm

ja:オーム L'ohm (symbole Ω) est l'unité dérivée de résistance électrique du système international (SI), L'unité a été nommée en honneur de Georg Ohm. Résistance électrique entre deux points d'un conducteur lorsqu'une différence de potentiel constante de 1 volt, appliquée entre ces deux points, produit dans ce conducteur un courant de 1 ampère le dit conducteur n'étant le siège d'aucune force électromotrice. L'ohm correspond donc à des V.A^-1 ou en unités de base : m².kg.s^-3.A^-2. On appelle aussi loi d'Ohm la relation : :

U = R.I \,

Avec

U \,

en volt,

I \,

en ampère et

R \,

en ohms. Catégorie:Unité SI Catégorie:Unité de mesure électromagnétique

Température

catégorie:thermodynamique Catégorie:Quantité physique La température définit le degré d'agitation thermique des particules qui composent un système. Elle se mesure au moyen d'un thermomètre et est l'objet de la thermométrie. Les particules qui composent un système (molécules ou atomes) ne sont jamais au repos. Elles sont en vibration permanente et possèdent donc une certaine énergie cinétique. La température mesure le degré d'agitation des particules. Pour un gaz parfait, elle est directement proportionnelle à l'énergie cinétique des particules. Lorsqu'on met deux corps en contact, ils échangent de la chaleur : l'un des deux corps a des particules qui ont plus d'énergie cinétique, en les mettant en contact, les chocs entre particules font que cette énergie cinétique microscopique (la chaleur) se transmet d'un corps à l'autre. La température ambiante est la température de l'environnement, c'est-à-dire tout l'univers sauf le système considéré. Néanmoins, en pratique, dans les domaines de la physique et de la chimie, il est courant de parler température ambiante pour une température courante, moyenne. Par exemple, on dit « l'eau est liquide à la température ambiante ». Mais cette dénomination n'est pas très formalisée et la valeur de la température ambiante est rarement précisée (le plus souvent évaluée de manière commune à 25°C).

Échelles de mesure

L'unité de mesure de température dans le système international est le kelvin de symbole K (noter l'absence du symbole °). Il existe d'autre systèmes de mesures antérieurs et toujours utilisés : les échelles Celsius et Fahrenheit. ; l'échelle Kelvin : le degré 0 de l'échelle kelvin, ou zéro absolu, correspond à une absence totale d'agitation microscopique. L'échelle est ensuite calquée sur l'échelle Celsius (pour des températures usuelles). Le zéro absolu correspond à une température de -273,15 °C. ; l'échelle Celsius : l'échelle de mesure Rose et Mehdi est telle que le zéro correspond à la température de la glace fondante et que 100°C correspond à la température d'ébullition de l'eau sous une pression de 1 atmosphère. Entre les deux, c'est la dilatation du mercure qui définit l'échelle. ; l'échelle Fahrenheit : elle attribue une plage de 180 °F entre la température de solidification de l'eau et sa température d'ébullition. On en déduit que le degré Fahrenheit équivaut à 5/9 d'un kelvin ou degré Celsius. Elle fixe le point de solidification de l'eau à 32 °F (donc son point d'ébullition à 212 °F). On peut établir des correspondances entre ces trois échelles: Formules de conversion générales: Celsius

\Longleftrightarrow

kelvin

\Longleftrightarrow

Fahrenheit :

$\frac = \frac = \frac \,$

Celsius

\Longleftrightarrow

Réaumur

\Longleftrightarrow

Rankine :

$\frac = \frac = \frac \,$

kelvin

\Longleftrightarrow

degré celsius:

$T_ = T_ - 273,15 \,$

$T_ = T_ + 273,15 \,$

kelvin

\Longleftrightarrow

degré fahrenheit:

$T_ = \frac \cdot T_ - 459,67$

$T_ = \frac \cdot (T_ + 459,67)$

degré celsius

\Longleftrightarrow

degré fahrenheit:

$T_ = 32 + \frac \cdot T_$

$T_ = \frac \cdot (T_ - 32)$

Autres domaines

Dans le domaine de la météorologie, la température s'écrit T° et on parle de T° éolien, pour exprimer la température ressentie sous l'effet du vent, aussi connu sous température subjective, impression de chaud ou froid, ou encore température au vent, voir en détail le refroidissement éolien. En médecine on mesure la température corporelle. Pour les corps composés de plusieurs phases (Ex : de l'air humide : liquide dans un gaz) on parle de gradient adiabatique.

Voir aussi

- Records de température
- Température virtuelle
- Thermoscope

Lien externe

- [http://www.stielec.ac-aix-marseille.fr/cours/abati/capteurtemp.htm Capteurs de température] ja:温度 ko:온도 th:อุณหภูมิ

Mètre

utilisé comme prototype du mètre de 1889 à 1960]] Le mètre (symbole m, du grec metron, mesure) est l'unité de base de longueur du Système international. Il est défini comme la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde.

Histoire

Le mètre est un enfant de l'esprit des Lumières et de la Révolution française. Auparavant, les longueurs étaient mesurées en référence à l'humain (le pouce, le pied, la toise) ; comme chaque être humain est différent, on prenait souvent comme référence le souverain, ce qui était un symbole monarchique fort. Il fut donc décidé, afin de supprimer toute référence à un homme particulier et pour faciliter la diffusion du savoir, de choisir un étalon non-humain unique, et d'utiliser des multiples et sous-multiples de 10. Exit ainsi le pied qui valait 12 pouces et la verge qui valait 3 pieds. Le mètre fut défini pour la première fois en 1791 par l'Académie des Sciences comme étant la dix-millionième partie d'un quart de méridien terrestre. Il fut adopté par la France le 7 avril 1795 comme mesure de longueur officielle. Quelques années plus tard, en 1799, un mètre étalon en platine fut créé à partir de cette définition et devint la référence. De février 1796 à décembre 1797, la Convention fit placer dans Paris seize mètres-étalons gravés dans du marbre pour familiariser la population avec la nouvelle mesure. Aujourd'hui, il n'en subsiste que deux : l'un est au 36 de la rue de Vaugirard, à droite de l'entrée ; l'autre, replacé en 1848, est au 13 de la place Vendôme, à gauche de l'entrée du ministère de la Justice. En juin 1792 Jean-Baptiste Delambre est chargé de mesurer la distance entre Dunkerque et Rodez pendant que Pierre Méchain mesure celle de Rodez à Barcelone. Cela permettra d'établir précisément la valeur du mètre. En 1793, à Montjouy a Barcelone, Méchain détecte une incohérence entre les longueurs relevées et le relevé astronomique de la position des étoiles. La guerre franco-espagnole l'empêche de réitérer ses mesures. Cet écart (qui n'était en fait pas dû à une erreur de manipulation mais à l'incertitude des instruments utilisés) le plonge dans un profond trouble et il met tout en œuvre pour éviter de devoir rendre compte de ses travaux à Paris. En 1799, il se résigne à se rendre à une conférence internationale qui salue son œuvre scientifique. Il maquille alors ses résultats, ce qui rendra le mètre trop court de 0,2 mm. La « fraude » ne sera découverte par Delambre qu'en 1806, années ou il ré-étudiera l'ensemble des résultats lors de la rédaction de Base du système métrique. En 1889, le Bureau des poids et mesures redéfinit le mètre comme étant la distance entre deux points sur une barre d'un alliage de platine-iridium. Cette barre est toujours conservée à Sèvres en France. En 1960, grâce à l'avènement des lasers, la 11 Conférence générale des poids et mesures (CGPM) définit le mètre comme 1 650 765,73 longueurs d'onde d'une radiation orangée émise par l'isotope 86 du krypton. Enfin la conférence de 1983 se fonda sur la lumière et redéfinit le mètre comme étant la distance parcourue par la lumière dans le vide en 1/299 792 458 seconde. La vitesse de la lumière dans le vide étant la même en tout point (selon la théorie de la relativité), c'est une définition plus facile à communiquer et universelle. C'est surtout une distance plus facile à mesurer qu'une distance entre deux points, la seconde étant l'unité du Système international (SI) la mieux mesurée.

Relation avec d'autres unités de mesures

Il existe une corrélation entre l'unité de mesure (mètre), l'unité de masse (kilogramme), les unités de surface (mètre-carré) et les unités de volume (mètre-cube ou litre, utilisé souvent pour désigner le volume des liquides).
- Un mètre-carré (m²) est la surface d'un carré dont chaque côté mesure un mètre
- Un mètre-cube (m³) est le volume d'un cube dont chaque côté mesure un mètre

Quelques points de repères

- Un homme adulte mesure environ 1,70 mètre.
- La taille d'un pied est d'environ 0,30 mètre.
- On parcourt environ 5 000 mètres en une heure de marche.
- Un grand pas fait plus ou moins un mètre.

Multiples

Décamètre

- 1 dam = 10 m Cette unité est adaptée au calcul de la superficie d'un terrain, par le biais de l'are, superficie d'un carré d'un décamètre de côté.

Hectomètre

- 1 hm = 100 m

Kilomètre

- 1 km = 1 000 m C'est le multiple du mètre le plus fréquemment utilisé pour mesurer les distances terrestres (comme par exemple entre les villes). Le long des routes, les bornes kilométriques sont placées tous les kilomètres.

Mégamètre

- 1 Mm = 10⁶ m

Gigamètre

- 1 Gm = 10⁹ m C'est un multiple du mètre utilisé pour mesurer les distances interplanétaires courtes, par exemple entre une planète et ses satellites naturels. La Lune orbite à 0,384 gigamètre de la Terre.

Téramètre

- 1 Tm = 10¹² m C'est un multiple du mètre utilisé pour mesurer les grandes distances interplanétaires. Par exemple la planète Pluton orbite à une moyenne de 5,9 téramètres du Soleil.

Pétamètre

- 1 Pm = 10¹⁵ m Une année-lumière vaut environ 9,46 Pm.

Examètre

- 1 Em = 10¹⁸ m C'est une distance interstellaire typique dans la périphérie galactique.

Zettamètre

- 1 Zm = 10 ²¹ m Notre galaxie mesure quelques zettamètres de diamètre.

Yottamètre

- 1 Ym = 10²⁴ m C'est une bonne unité de mesure des distances intergalactiques.

Sous-multiples

Décimètre

- 1 dm = 0,1 m Au cours du XX siècle, la règle graduée standard des écoliers était le double-décimètre et les programmes scolaires se référaient à cette appellation.

Centimètre

- 1 cm = 0,01 m Le centimètre est une des unités de base du système CGS : voir centimètre.

Millimètre

- 1 mm = 0,001 m Une représentation graphique manuelle précise nécessite l'utilisation de papier millimétré.

Micromètre

- 1 µm = 10^-6 m Le micromètre était autrefois appelé micron (symbole : µ). L'utilisation du micron a été interdite par la 13 CGPM en 1968.

Nanomètre

- 1 nm = 10^-9 m

Angström

- 1 Å = 10 ^-10 m Attention cette mesure ne fait pas partie du système international ... Pour en savoir plus : Angström

Picomètre

- 1 pm = 10^-12 m

Femtomètre

- 1 fm = 10^-15 m Le femtomètre fut d'abord nommé fermi en l'honneur du physicien italien Enrico Fermi (le fermi comme tel ne fait pas partie du Système international). Le femtomètre est fréquemment utilisé pour mesurer le diamètre d'un noyau atomique. Le diamètre d'un noyau atomique peut aller jusqu'à 15 fm. Le neutron et le proton ont un diamètre d'environ 2,5 fm.

Attomètre

- 1 am = 10^-18 m

Zeptomètre

- 1 zm = 10^-21 m

Yoctomètre

- 1 ym = 10^-24 m L'unité tombe dans le « vide » séparant la longueur de Planck (~4×10^-11 ym) des longueurs significatives.

Voir aussi

Articles connexes

- Unités de longueur
- Système international d'unités
- Unité de base du système international
- Préfixe du système international
- Ordre de grandeur

Liens externes

- [http://www.industrie.gouv.fr/metro/aquoisert/metre.htm histoire du mètre], par le Ministère de l'Économie, des Finances et de l'Industrie de France
- [http://histoire.du.metre.free.fr/ L'Histoire du Mètre], site complet sur l'histoire du mètre, de la Révolution à nos jours
- [http://www.bipm.fr/fr/convention/ La convention du mètre] qui instituera le BIPM, institution initiatrice du système international Metre Metre ja:メートル ko:미터 ms:Meter simple:Metre th:เมตร

Conductivité

La conductibilité est la propriété des matériaux de transmettre la chaleur ou l'électricité.

Conductivité

Voir les articles :
- Conductivité électrique
- Conductivité thermique

Résistivité

Inversement la capacité d'un matériau à s'opposer à la circulation du courant électrique est appelée résistivité. Elle correspond à la résistance d'un tronçon de matériau de 1 m de longueur et de 1 m² de section ; elle est exprimée en Ω·m. La résistivité des matériaux dépend de la température :
- Pour les métaux, à la température ambiante, elle croit linéairement avec la température. Cet effet est utilisé pour la mesure de température (sonde Pt 100)
- Pour les semi-conducteurs, elle décroit fortement avec la température. Elle peut aussi dépendre de l'éclairement. La résistivité est généralementsymbolisée par la lettre grecque rho (ρ).

Résistivités usuelles

Métaux

L'argent est visiblement le meilleur conducteur d'électricité.

Isolants

Voir aussi

- Conducteur ohmique
- Supraconductivité
- Électricité Catégorie:Électricité

Ohm

U = R.I \,

Avec

U \,

en volt,

I \,

en ampère et

R \,

en ohms. Catégorie:Unité SI Catégorie:Unité de mesure électromagnétique

Chaleur

ko:열 ja:熱 simple:Heat Catégorie:Physique

Introduction

Dans le langage courant, les mots Chaleur et température ont souvent un sens équivalent : Quelle chaleur ! est une expression qui veut dire que la température est élevée. Toutefois, en physique, chaleur et température sont deux notions bien différentes. Lorsqu'on chauffe un mélange d'eau et de glace, la température n'évolue pas tant que les deux états de l'eau coexistent (ceci est lié à l'existence d'une chaleur latente de changement d'état), on peut donc « apporter de la chaleur » sans que la température évolue. Inversement on peut élever la température d'un système sans apporter de chaleur, à l'aide d'un travail mécanique (cas de l'échauffement de la pompe à vélo, voir l'article Compression et détente adiabatique).

Historique

Aristote distinguait quatre éléments (eau, terre, air et feu) et quatre qualités formant deux paires contradictoires : (chaud/froid et sec/humide). Selon lui, la température d'un corps était le résultat de sa composition. Au , les progrès de la thermométrie vont permettre des mesures précises et favoriser la déconnexion des deux grandeurs. Au , deux théories coexistent :
- une vision « mécanique » de la chaleur : elle serait due aux vibrations des molécules composant les corps. Bernoulli, Euler, Laplace sont favorables à cette interprétation.
- La chaleur est un corps simple se comportant comme un « fluide ». Ce fluide est ensuite nommé le « calorique ». Les progrès et les succès de la calorimétrie imposent cette théorie jusqu'au . Cette conception est celle de Carnot : un moteur thermique ne peut fonctionner que si la chaleur circule d'un corps dont la température est plus élevée vers un corps dont la température est plus froide, raisonnement correspondant à une analogie avec une machine hydraulique qui tire son énergie du passage de l'eau d'un réservoir d'altitude élevée vers un réservoir d'altitude inférieure. Cette théorie a laissé de nombreuses traces dans le vocabulaire lié à la chaleur : capacité calorifique par exemple. À cette époque, la chaleur dans le sens commun se confond avec la notion de température, car on croit toujours (parce que c'est très souvent le cas) que c'est une fonction croissante de la température : par exemple tous les corps purs dans l'état solide, liquide ou gazeux ont une capacité calorifique molaire à pression constante C_P(P,T) positive. Dans ces conditions, comme nous vivons dans un environnement à pression quasi-constante P ≈ 1,013 25·10⁵ pascals, chauffer engendre un échauffement. Ceci est également quasi-toujours vrai des solides (à quelques rares exceptions près comme le bismuth). C'est au cours du siècle qu'apparaîtra la nécessité de séparer les deux notions chaleur/température, avec la découverte que l'on peut chauffer un gaz et en même temps faire qu'il se refroidisse. Cette idée non-naïve et peu intuitive a été découverte par Amontons. Au , Clapeyron développe la notion coefficient de chaleur latente de dilatation (P·β T, cf. Capacité calorifique et Formules de thermodynamique) qui manquait à la bonne compréhension du concept chaleur. Ce concept qui est alors définitivement « déconnecté » de celui de température (voir aussi Thermométrie). L'énoncé du premier principe de la thermodynamique par Mayeren 1845, puis Joule en 1854, clôt définitivement le débat : on sait enfin définir la chaleur . La diffusion de la théorie se fera durant de longues années. La chaleur est donc clairement définie en thermodynamique qui est actuellement une sous-discipline de la physique statistique, celle où on néglige les fluctuations des grandeurs. Il convient donc de faire un effort sur soi, pour au moins accepter cette idée clef : il existe des cas où chauffer n'est pas contradictoire avec refroidissement. ;Bibliographie
- Truesdell : The tragicomical history of thermodynamics, 1980, Springer-Verlag, ISBN 0-387-90403-4

Définition microscopique

La température mesure l'agitation microscopique des molécules et atomes (vibrations, mouvement désordonnés), contrairement à la vitesse qui mesure les mouvement d'ensembles (vent, courant, déplacement). De même, l'énergie cinétique peut être séparée en deux :
- l'énergie cinétique macroscopique, qui correspond au mouvement d'ensemble du corps ;
- l'énergie cinétique microscopique, qui correspond aux mouvements désordonnés, que l'on appelle aussi énergie thermique. La chaleur désigne exclusivement un flux d'énergie entre deux systèmes dont la source ou la destination est l'énergie thermique d'un des systèmes — mais si c'est une condition nécessaire, elle n'est pas suffisante (par exemple un travail peut créer une augmentation d'énergie thermique, par exemple cas de la monté en température d'un gaz par compression). On peut voir une relation entre chaleur et énergie thermique analogue à la relation qu'il existe entre travail d'une force et énergie cinétique ou énergie élastique. Cependant, seule la thermodynamique permet de définir rigoureusement la chaleur. En première approche, la chaleur est donc un gain d'énergie qui se traduit par une augmentation de l'agitation thermique, ou la perte d'énergie qui se traduit par une diminution de cette agitation (l'agitation thermique pouvant elle-même être simultanément augmentée ou diminuée par un travail). Cela peut ne concerner qu'un des deux systèmes participant à l'échange ; un système peut par exemple recevoir de la chaleur sans lui-même s'échauffer voire même en refroidissant. Les échanges de chaleur mettent en œuvre un phénomène désordonné, et dont les possibilités de transformation sont limitées ; ces échanges jouent donc un rôle essentiel en thermodynamique. Une caractéristique importante des échanges de chaleur est qu'ils ne sont pas symétriques par rapport au temps : lorsque le temps avance, lorsqu'on libère les contraintes sur les systèmes, l'énergie va toujours de l'objet dont la température est la plus haute vers l'objet dont la température est la plus basse, et jamais l'inverse. Ceci mène à la notion d'entropie.

Chaleur et thermodynamique

Définition formelle de la chaleur

Le premier principe de la thermodynamique affirme l'existence d'une fonction d'état d'équilibre thermodynamique, l'énergie interne U(A) correspondant à un état déterminé (ici l'état A) et définie à une constante additive près. L'augmentation d'énergie interne U(B) - U(A) est due à :
- la réalisation d'un travail macroscopique W(A → B), par exemple des forces de pression.
- la réalisation d'un transfert d'énergie microscopique, qui donc ne se voit pas, mais existe néanmoins, qui est appelé, par définition, la chaleur lors de la transformation Q(A → B). On déduit donc la définition formelle de la chaleur (parce qu'on a énoncé le premier principe, non évident per se) : : Q(A → B) = U(B)- U(A) - W(A → B) le long de la transformation de A à B Si nous insistons sur « le long de la transformation », c'est que l'intégrale curviligne (par exemple des forces de pression ) n'est pas indépendante du chemin suivi pour aller de A vers B. Cela est particulièrement évident pour un cycle moteur A → A (l'état à la fin du cycle est le même qu'au début) :
- le système a fourni du travail, W (cycle A → A) est négatif
- et pourtant l'énergie interne n'a pas changé
- donc Q(cycle A → A) = - W est positif. Le travail d'un état A n'existe pas, cela n'a aucun sens. Le travail ne peut être défini que lors d'une transformation. Mais alors de même, il n'existe pas de chaleur de la tasse à café chaude. :La chaleur n'est pas une fonction d'état En particulier, elle n'est pas réductible à une échelle de température.

Conséquence immédiate

L'expression infinitésimale du premier principe pour deux états voisins est : : Soit U(V,T) l'expression analytique de l'énergie interne U, alors son gradient est défini par : : dU = a·dV + b·dT. Notons qu'il y a un abus d'écriture, usuel en physique ; on devrait écrire, comme en mathématiques : U = ƒ(V,T) = g(P,T) = h(V,S) = … : avec V le volume, T la température, P la pression, S l'entropie… puisqu'en effet l'état considéré est fixé par deux paramètres, choisis arbitrairement parmi tous les paramètres ; la fonction (au sens mathématique) est donc différente selon la paire de paramètres considérée. Par définition, b s'appelle la capacité calorifique à volume constant et est notée C_V. Pour une transformation quasi-statique (c'est-à-dire qui évolue suffisamment lentement pour que pression P et température T soient à chaque fois bien définies dans tout le récipient), le travail des forces de pression est : δ W = - P·dV. Il en résulte que : : δ Q = C_V·dT + (a + P)·dV le coefficient (a + P) s'appelle coefficient de chaleur latente de dilatation et est noté ℓ, égal d'après la formule de Clapeyron à : ℓ = P·β·T (cf. Formules de thermodynamique). β étant l'augmentation relative de pression isochore. La forme différentielle δ Q s'écrit donc : : δ Q = C_V·dT + P·β·T·dV Pour un gaz parfait, β·T vaut 1, donc le deuxième terme n'est pas négligeable du tout. Et il est capital pour bien quantifier toute la thermodynamique. On va même le rendre intuitif, pour contrer un raisonnement « faux-conceptuellement » (« chauffer c'est échauffer » est faux) par une intuition éduquée : : Nous savons tous que si on détend un gaz, très vite, il se refroidit, et a contrario si on comprime un gaz très vite, il se réchauffe (voir Compression et détente adiabatique). Expliquons-nous sur le terme « très vite » : on veut seulement dire par là que les parois n'auront pas le temps de transmettre de chaleur, la transformation sera adiabatique (on verra plus tard réversible ou non : cf Irréversibilité). Autrement dit, selon le premier principe, il n'y a eu aucune corrélation entre la fluctuation de la force et la fluctuation du mouvement produit, ou en tout cas, elle est négligeable. Alors, : δ Q = 0 et la relation précédente interprète quantitativement le phénomène : quand le piston s'est détendu, il a fourni du travail, de l'énergie interne a été perdue et la température a décrû. Chacun le sait, une détente adiabatique produit une chute de température dans un gaz, et a contrario, si on bouche un corps de pompe à vélo et qu'on donne un coup de compression large, la température du gaz augmente, puisque, quelques instants plus tard, on ressent une élévation de température de la paroi de la pompe : : C_V·dT = -P·dV·β·T qui est la relation quantitative énoncée clairement par Clapeyron.

Autre formulation

On peut aussi introduire la fonction d'état enthalpie notée H :U + PV = H Toujours avec le même abus de langage, nous considèrerons la fonction H(P,T) et son gradient : :dH = C_P·dT + V·(1-α·T)·dP C_P étant la capacité calorifique à pression constante, comme nous l'indique la deuxième formule de Clapeyron. On en déduit par un calcul analogue au précédent : :δ Q = C_P·dT - V·α·T·dP. Là encore, nous avions l'intuition de l'existence de ce coefficient : si on détend la pompe par abaissement de pression, et que nous voulons que la température reste constante, nous avons évidemment bien l'intuition qu'il va falloir chauffer le gaz : il faudra qu'il y ait une corrélation entre la fluctuation de pression et la fluctuation de son effet la variation de volume. La relation de Clapeyron indique très quantitativement laquelle : :δ Q = - V·α·T·dP Comme quasiment tous les corps se dilatent, c'est bien cette intuition que nous avions, mais nous n'arrivions pas à la formuler. Rien d'étonnant à cela : pas moins de 150 ans ont été nécessaires depuis l'invention de la machine à vapeur par Papin (collaborant avec Huygens), pour que l'ingénieur Clapeyron élabore ces formules. Mais voici maintenant un élément de réflexion : : il existe des corps purs pour lesquels la dilatation est négative : l'eau entre 0°C et 4°C nous l'expliquerons plus tard (cf. Entropie de l'eau et Glace, ceci est dû au réarrangement des molécules sous l'effet des forces de Van der Waals). Cela est contre-intuitif, mais c'est une constation bien banale : l'eau à 4°C étant plus dense, se trouve au fond des lacs (hormis toute considération de salinité). Et néanmoins, la formule fonctionne : dans ce cas, une baisse de pression exigera d'ôter de la chaleur, sinon l'eau s'échaufferait ! Ceci dit, l'effet est faible car la dilatation de l'eau (négative certes) est très petite en module.

Coefficients calorimétriques

On voit donc qu'il y a bien deux sortes de transferts de chaleur. Il y a corrélation entre la fluctuation de la force et la fluctuation de sa conséquence, le déplacement du piston de deux façons :
- l'une effective : elle augmentera effectivement la température,
- l'autre est latente : elle ne produit aucune agitation thermique supplémentaire, la température reste constante. Bien au contraire, elle a été nécessaire pour que la température ne change pas alors que le volume augmentait (resp. que la pression diminuait) et cela est aussi bien naturel en somme : quand les molécules rebondissent sur une raquette-piston en déplacement arrière, le rebond donne une vitesse affaiblie : si l'on veut que l'agitation thermique moyenne, qui est la température (cf Température et Théorie cinétique des gaz), reste la même, il faut cette corrélation positive liée au coefficient de dilatation. Il faut qu'il y ait transfert de chaleur latente (quantifié par Clapeyron). Résumons et généralisons : : δQ = C_P·dT - V·(α·T)·dP : δQ = C_V·dT + P·(β·T)·dV La température n'étant pas un paramètre plus privilégié que les autres, on peut aussi écrire : δQ = λ·dV + μ·dP Avec des relations entre ces coefficients :
- La relation de Mayer : C_P - C_V = -P·V·T·β·α
-

\lambda = \frac

\mu = \frac

- La relation de Reech :

\chi_S = +  \frac \cdot \frac

soit compte-tenu des deux précédentes et de α = β·P·χ_T :
-

\frac = \frac

Voir aussi

Articles connexes

- premier principe de la thermodynamique
- Transfert de chaleur
- entropie
- entropie de l'eau
- chaleur latente
- chaleur sensible
- physique statistique

Loi d'Ohm

La loi d'Ohm est une loi physique concernant l'électricité.

Point de vu macroscopique

En courant continu

La différence de potentiel ou tension en volts V aux bornes d'un consommateur de résistance R est proportionnelle à l'intensité du courant électrique qui le traverse.

image:vir.png
Schématisation de la Loi d'Ohm

V = R.I \,

On peut en déduire:
-

I= \frac V R

R= \frac V I

La résistance s'exprime en ohm. Cette loi porte le nom de Georg Ohm qui a travaillé sur le comportement des conducteurs métalliques. Elle s'applique de manière satisfaisante aux conducteurs métalliques thermostatés, c'est-à-dire maintenue à une température constante. Lorsque la température change, la valeur de la résistance change également de manière plus ou moins simple ce qui impose d'introduire des termes correctifs. Par convention on conserve la loi et on introduit les termes correctifs dans la valeur de la résistance du conducteur.

En courant alternatif

La loi précédente se généralise au cas des courants sinusoïdaux en utilisant les notations complexes. On note

\underline,\underline

la tension et le courant complexes. La loi d'Ohm s'écrit alors : :

\underline=\underline.\underline

Avec

\underline.\,

: impédance complexe du dipôle considéré qui peut être constitué de dipôles linéaires (résistances, condensateurs et inductances).

Point de vue local (mésoscopique)

Enoncé de la loi d'Ohm locale

D'un point de vue local, i.e. mésoscopique, la loi (locale) d'Ohm s'énonce en disant que la mobilité des porteurs de charge est indépendante de

||\vec||

. Ce qui formellement nous donne en notant

u

la mobilité, on a

\vec=u\vec

, donc le vecteur densité de courant,

\vec

, vaut :

\vec=qn\vec=qnu\vec

Posons :

\sigma = qnu

dite la conductivité électrique du matériau. On a alors la loi locale d'Ohm pour un seul porteur :

\vec=\sigma \vec

Si plusieurs porteurs :

\vec= \sum_k n_k q_k \vec_k

\vec_k=u_k \vec

donc

\vec= \left [\sum_k n_k q_k u_k \right ] \vec

on pose alors

\sigma = \sum_k n_k q_k u_k

Voir aussi Loi de Nernst-Einstein.

Rapport avec la loi d'Ohm macroscopique : définition de la résistance

Considérons une portion de conducteur d'un point A à un point B et de section droite S, on a alors la différence de potentiel qui vaut :

V_A-V_B = \int_^ \vec.d\vec

et l'intensité :

i=\int \int_S \vec.d\vec = \int \int_S \sigma \vec.d\vec = \sigma \int \int_S \vec.d\vec

Multiplions par une constante la différence de potentiel

V_A-V_B

alors les conditions aux limites sont inchangées ainsi que les lignes de champ de

\vec

, et l'expression

\int \int_S \vec.d\vec

est multipliée par la même constante, par conséquent le rapport :

\frac

est indépendant de cette constante, c'est une "constante" (il dépend quand même de divers paramètres tel la température) appellée résistance électrique et notée

R

R=\frac=\frac

Cette formule permet de calculer la résistance de diverses géométries de matériaux (filiforme, cylindrique, sphérique,...).

Liens externes

- [http://www.elektrotechnik-fachwissen.de/php/fr-aufgabenaufruf.php Exercices loi d'Ohm]

Voir aussi

- Électricité
- Lois de Kirchhoff (loi des mailles et loi des nœuds)
- Principe de superposition
- Théorème de Thévenin
- Théorème de Norton
- Théorème de Millman Catégorie:Électricité catégorie:électromagnétisme Ohm ja:オームの法則 ko:옴의 법칙

Composant électronique

right Un composant électronique est un élément destiné à être assemblé avec d'autres afin de réaliser une ou plusieurs fonctions électroniques. Les composants sont de types très divers et leur assemblage est préalablement défini par un schéma électronique.

Types

Les composants électroniques de base se divisent en deux familles:

Actif

Les composants actifs contiennent en majorité des semi-conducteurs, on y classe: transistors, diodes, circuits intégrés...

Passif

Les composants passifs regroupent: les résistances, condensateurs, filtres, bobines et assemblages de ces composants.

Hybride ou Complexe

De plus en plus apparaissent des composants qui sont des modules ou assemblages de composants actifs et passifs. On les compte soit dans les actifs, soit on les exclut des composants électroniques (en les considérant comme des circuits électroniques à part entière).

Voir aussi

- :Catégorie:Composant électronique Catégorie:électronique

Watt (unité)

Le watt (symbole: W) est l'unité SI de puissance, de flux énergétique et de flux thermique Un watt est la puissance d'un système énergétique dans lequel est transférée uniformément une énergie de 1 joule pendant 1 seconde (1 J s^-1). En électricité le Watt correspond à un courant de 1 Ampère sous une tension de 1 Volt. En ajoutant la constante temps 1 heure on parle de Watt/heure. Le watt est nommé d'après James Watt pour sa contribution au développement de la machine à vapeur. Catégorie:Unité SI Catégorie:Unité de mécanique catégorie:Unité de mesure thermodynamique catégorie:Unité de mesure électromagnétique ja:ワット ko:와트 simple:Watt

Carbone

Le carbone est un élément chimique, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.

Nucléosynthèse

L'élément carbone n'est pas directement issu du Big Bang (nucléosynthèse primordiale), car les conditions de sa formation n'étaient pas réunies (la dilatation et le refroidissement de l'univers ont été trop rapides). Le carbone est en revanche produit en masse dans le cœur des étoiles très massives, dites de la branche horizontale, où trois noyaux d'hélium fusionnent (réaction triple alpha).

Chimie

Structure électronique

Le carbone comporte 4 électrons sur sa couche externe (2s², 2p²) et peut former une liaison

\sigma

et trois liaisons

\pi

: il s'agit donc d'un élément tétravalent (sauf dans le cas de certaines réactions intermédiaires ou dans la famille des carbènes, à carbone divalent, les deux électrons 2s ne participant pas à la liaison). Il a une grande affinité pour d'autres atomes légers, dont lui-même, et sa petite taille lui permet de former de multiples liaisons par hybridation de ses orbitales (sp ou « triple liaison », linéaire ; sp² ou « double liaison », planaire avec des angles de 120° ; sp³ ou « simple liaison », tétraédrique) ; cela explique la prolifération de composés à base de carbone dont l'étude constitue la chimie organique.

Formes courantes

La forme la plus courante d'oxyde de carbone est le dioxyde de carbone CO₂, qui est l'un des composants minoritaires de l'atmosphère terrestre produit et métabolisé par les êtres vivants. Le CO₂ est un composé majoritaire de l'atmosphère d'autres planètes comme Vénus. Dans l'eau, il forme de très faibles quantités d'acide carbonique, H₂CO₃, qui produit des ions carbonate CO₃^2- ou hydrogénocarbonate (bicarbonate) HCO₃^-. Beaucoup de minéraux sont des carbonates, notamment les diverses formes de calcaire (calcite, craie, marbre…). On connaît les propriétés thérapeutiques du bicarbonate de soude NaHCO₃.

Dangers de ses composés

Le (di)sulfure de carbone CS₂, quoique de structure similaire au dioxyde de carbone, est un liquide hautement toxique utilisé comme solvant (vulcanisation du caoutchouc). Les autres oxydes de carbone sont le monoxyde de carbone CO, et le suboxyde de carbone C₃O₂, moins commun. Le monoxyde de carbone est un gaz incolore et inodore, formé par combustion incomplète des composés organiques ou du carbone pur (charbon). Il possède une structure semirésonante, la longueur de sa liaison (111 pm) indiquant une nature hybride, ce qui conduit à le représenter par la formule :

C^-\equiv O^+ \quad\leftrightarrow\quad C=O \quad\leftrightarrow\quad C^+-O^-

Le monoxyde de carbone s'attache, préférentiellement à l'oxygène, à l'hémoglobine sanguine pour former de la carboxyhémoglobine, un composé stable ; le résultat de cette réaction est l'empoisonnement des molécules d'hémoglobine, ce qui peut être mortel. (voir l'entrée en question). L'ion cyanure CN^- a une structure et un comportement similaires à un ion halogénure ; le cyanogène (CN)₂ en est également proche. Avec les métaux, le carbone forme des carbures C^- ou des acétylures C₂^2-. Quoi qu'il arrive, avec une électronégativité de 2,5, le carbone préfère former des liaisons covalentes. Quelques carbures sont des treillis covalents, comme le carbure de silicium, SiC, qui ressemble au diamant, et est d'ailleurs utilisé pour la taille des diamants.

Hydrocarbures

On appelle hydrocarbures les molécules associant carbone et hydrogène. On classe les hydrocarbures en trois familles :
- Les alcanes, où le carbone forme des liaisons sp³ (« simples »): méthane CH₄, éthane C₂H₆, etc.
- Les alcènes, où au moins un carbone forme des liaisons sp² (« double ») : éthylène C₂H₄, propène C₃H₆, etc.
- Les alcynes, où au moins un carbone forme des liaisons sp (« triple ») : acétylène C₂H₂, propyne C₃H₄, etc. Suivant le nombre d'atomes de carbone, on fait précéder le suffixe -ane, -ène ou -yne par : # méth- # éth- # prop- # but- # pent- # hex- # hept- # oct- # non- # déc- Seul le carbone sp³ donne lieu à des liaisons mobiles. Les autres liaisons, sp ou sp² sont rigides : la liaison double sp² est planaire, chacune des deux autres liaisons formant un angle de 120°, la liaison triple est linéaire. Cela conduit à la formation d'énantiomères, c'est-à-dire de corps ayant la même formule chimique mais des conformations spatiales différentes. En outre, le carbone sp³ peut former des composés asymétriques, il apparaît alors un phénomène de chiralité (du grec ̔η χείρ, la main, les molécules sont symétriques l'une de l'autre selon un plan de symétrie, comme nos deux mains) Dans les hydrocarbures aromatiques, les atomes de carbone forment des cycles ou noyaux stabilisés par des liaisons π délocalisées. Ils se mélangent dans diverses formes de carbone pur. Il y a encore plus de dérivés hydrocarbonés, comme par exemple les halogénures, les alcools et les acides carboxyliques. acides carboxyliques

Allotropes

Dans les conditions de pression normales, le carbone est sous la forme graphite, dans laquelle chaque atome est lié à trois autres dans une couche d'anneaux hexagonaux fusionnés, comme ceux des composés aromatiques hydrocarbonés. Grâce à la délocalisation des orbitales

\pi

, le graphite conduit l'électricité. Le graphite est mou, car les liaisons chimiques entre les plans sont faibles (2% de celles des plans) et les couches glissent donc facilement les unes par rapport aux autres. Sous très haute pression, le carbone cristallise dans un système cubique à face centrée nommé diamant, dans lequel chaque atome est lié à quatre autres (distance interatomique de 136 pm). Le diamant, grâce à la résistance des liaisons carbone-carbone, est, avec le nitrure de bore, la matière la plus dure à rayer. À température ambiante, la métamorphose en graphite est si lente qu'elle paraît invisible. Sous certaines conditions, le carbone se cristallise en lonsdaléite, une forme similaire au diamant mais hexagonale. Notons que, de toutes les pierres précieuses, le diamant est la seule à se consumer complètement. En plus du graphite (pur sp²) et du diamant (pur sp³), le carbone existe sous forme amorphe et hautement désordonnée (a-C). Ces formes amorphes du carbone sont un mélange de sites à trois liaisons de type graphite ou à quatre liaisons de type diamant. De nombreuses méthodes sont utiliser pour fabriquer du a-C : pulvérisation, évaporation par faisceau d'électrons, dépôt à l'arc électrique, ablation laser… Le carbone se sublime à 4100 K. Sous forme gazeuse, il se constitue habituellement en petites chaînes d'atomes appelées carbynes. Refroidies très lentement, celles-ci fusionnent pour former les feuilles graphitiques irrégulières et déformées qui composent la suie. En particulier, parmi ces dernières, on trouve des formes où les feuilles sont pliées dans une forme stable et close comme une sphère ou un tube, appelées fullerènes, comme le buckminsterfullerène, C₆₀. Certaines de ces formes sont aussi connues sous le nom de « footballène », et ont des propriétés qui n'ont pas encore été toutes analysées, mais apparaissent comme des structures extrêmement rigides. Les formes cylindriques du carbone sont appelées nanotubes et ont été decouvertes dans le culot se formant à la cathode de l'arc électrique durant la synthèse de fullerènes. Ces objets de diamètre nanométrique et de longueur atteignant parfois le millimètre se présentent comme des couches de graphène enroulées sur elles-mêmes. Les nanotubes fabriqués par la méthode de l'arc électrique sont presque tous « multifeuillets », conjointement à ces nanotubes on observe un grand nombre de nanoparticules polyédriques. Les observations en Microscopie électronique en transmission haute résolution (HRTEM : High-resolution Transmission Electron Microscopy) révèlent que ces nanoparticules de carbone sont constituées de plusieurs couches de graphène, fermées, laissant une cavité nanométrique en leur centre. Et enfin les oignons de carbone sont à la base des fullerènes multicouches.

Isotopes

Le carbone possède deux isotopes stables dans la nature, ¹²C (98,89%) et ¹³C (1,11%). Le radioisotope ¹⁴C a une période de 5730 ans et est couramment utilisé pour la datation d'objets archéologiques jusqu'à 50 000 ans. Il ne sera d'aucune utilité pour les archéologues de demain intéressés par les trésors de la civilisation actuelle. Les explosions thermonucléaires réalisées dans l'atmosphère à partir des années 1960 ont créé des excès considérables.

Voir aussi

Articles connexes

- alcane
- alcène
- alcyne
- cycle du carbone
- Cycle carbone-azote-oxygène
- datation au carbone 14
- hydrocarbure
- effet de serre
- tableau périodique des éléments

Liens externes

- [http://pearl1.lanl.gov/periodic/elements/6.html Los Alamos National Laboratory - Carbon]
- [http://www.webelements.com/webelements/elements/text/C/index.html WebElements.com - Carbon]
- [http://environmentalchemistry.com/yogi/periodic/C.html EnvironmentalChemistry.com - Carbon]
- [http://www.sunysccc.edu/academic/mst/ptable/c.html Schenectady County Community College - Carbon] Catégorie:Astronomie Catégorie:Écologie Catégorie:Élément chimique ko:탄소 ms:Karbon ja:炭素 simple:Carbon th:คาร์บอน

Céramique

Premier « art du feu » à apparaître (avant la métallurgie puis le travail du verre), la céramique désigne l’ensemble des objets fabriqués en terre qui ont subi au cours d’une cuisson plus ou moins élevée, une transformation physico-chimique irréversible.

Généralités

Le mot céramique provient du grec ancien κέραμος / kéramos, qui signifie « terre à potier », « argile ». Il a donné son nom à un quartier d'Athènes, le Céramique. On peut distinguer trois branches de la céramique :
- la céramique utilitaire, principalement la poterie, la plus ancienne des formes de céramique (elle est antérieure au travail des métaux) qui utilise les terres argileuses comme matériau de base ;
- la céramique d'art qui a dérivé de la précédente, et délaisse la fonction utilitaire pour se centrer sur le sens mystique ou sur l'esthétique ;
- la céramique industrielle, particulièrement développée au et qui utilise des matériaux à base d'oxydes, de carbures, de nitrures, etc. Un matériau céramique est solide à température ambiante et n'est ni métallique, ni organique. Les objets en céramique sont réalisés par solidification à haute température d'une pâte humide plastique, ou agglutination par chauffage d'une poudre sèche préalablement comprimée, sans passer par une phase liquide ; par extension, on désigne sous le terme « céramique » les objets eux-mêmes ainsi fabriqués.

Histoire de la céramique

Préhistoire

L'art céramique apparaît en Extrême-Orient vers le , au Proche-Orient au , et en Occident au

Asie et Extrême-Orient

L'histoire de la céramique chinoise est la plus riche du monde. Dès le , celles-ci étaient déjà très élaborées et la température de cuisson pouvait atteindre 1300 °C. Au , les porcelaines chinoises atteignent la perfection et permettent à la Chine de devenir le premier pays exportateur de céramique au Monde, place qu'elle conserve jusqu'au .

Europe et Proche-Orient

Chine D'abord basée sur du modelage, la technique de travail évolue pendant l'Antiquité avec l'invention du tour, sans doute originaire du Proche-Orient. Elle permet la production rapide de nombreux récipients. En Europe, la pose de vernis noir à base d'oxydes métalliques permet aux grecs antiques d'améliorer les techniques de décor. La technique est reprise dans le monde romain puis gallo-romain, notamment avec la technique de la terra sigillata dont un des centres principaux de production est le site de La Gaufresenque. :Voir aussi : Typologie de la céramique grecque et romaine Mais c'est la découverte du décor vitrifié (à base d'eau, de silice et de colorants), déjà employée dans l’Empire byzantin et en terre d’Islam, qui permet au le développement de la poterie vernissée. La technique de la terre vernissée arrive à son apogée en France entre le et le , notamment avec les travaux sur l'émail de Bernard Palissy. L'Espagne subit aussi l'influence artistique des Arabes et un art hispano-mauresque se développe vers la même période. Les techniques empruntées aux potiers Ottomans et Arabes permettent aussi aux italiens de découvrir le sgraffiato et les majoliques. Le décor à istoriato apparaît à Florence et à Faenza au et la faïence est fréquemment utilisée. La technique de la porcelaine est redécouverte et affinée, mais s'interrompt au début du . :Voir aussi : Art de la céramique en terre d'Islam. À partir du , l'art des potiers italiens se répand. Au , l'Europe subit deux influences: l’une italienne à Nevers, l’autre chinoise à Delft. La faïence française du , avec des décors cuits à température de petit feu, se développe avec des centres de production comme Marseille, Strasbourg, Niderviller. Le secret de fabrication de la porcelaine est réétudié. En 1709, un alchimiste allemand de Dresde, Böttger, découvre la recette de la porcelaine dure, alors que les principaux centres de production européens (Rouen, Saint Cloud, Chantilly, Vincennes et Sèvres) utilisaient une porcelaine tendre. Dès lors la fabrication devient intense, variée et abondante. La manufacture de Sèvres devient manufacture nationale en France. Au , ses collections sont alimentées par son directeur, Alexandre Brongniart.

Epoque moderne

Alexandre Brongniart]] L'industrialisation croissante à partir de la deuxième moitié du XIXe siècle modifie le rapport à la céramique. La généralisation de procédés de fabrication pour la production de masse, et les nouveaux moyens de transport (notamment le chemin de fer), signent l'arrêt de la pièce unique artisanale aux profit des arts appliqués. Les ateliers se transforment en fabriques et la petite industrie se développe dans des centres comme Limoges ou Vallauris. Au début du XXe siècle, l'art nouveau fait rentrer l'art — et en particulier la céramique — dans la majorité des foyers. Il est prolongé après la Première Guerre mondiale par l'art déco et les recherches sur le design. Mais la crise économique de 1929 et l'arrivée de matériaux comme la fonte, l'aluminium ou l'inox vont amener à un désintérêt de la céramique utilitaire. L'apparition après la Seconde Guerre mondiale des matières plastiques va aggraver la situation des artisans et des petites fabriques. En parallèle, l'évolution de la chimie et de l'étude des matériaux va aussi permettre la création de nouveaux matériaux céramiques pour des applications industrielles: aussi appelée néocéramique, c'est la céramique industrielle. Face à cette désaffection de l'artisanat utilitaire, un nouveau courant artistique apparaît dans l'immédiat après-guerre: la céramique contemporaine naît des échanges entre artistes, souvent des peintres venus à la céramique. Les techniques de céramique orientales, notamment celles de Chine et du Japon — par l'intermédiaire de l'anglais Bernard Leach — sont popularisées. En France, des villages de potiers revivent. C'est le cas de La Borne sous l'impulsion de Jean et Jacqueline Lerat et leurs travaux sur le grès. Vallauris vit une véritable renaissance avec l'arrivée de nombreux artistes, suivis rapidement par une star: Picasso. Aux États-Unis, la technique des cuissons rapides, notamment celle du raku japonais, est réappropriée par des artistes comme Paul Soldner. Sa simplicité apparente conjuguée à la vague des rencontres professionnelles de potiers, ou workshops, permet une large démocratisation de l'art céramique à partir des années soixante-dix en Amérique, puis de 1981 en Europe.
- ms:Seramik ja:セラミックス

CEI 60063

La norme CEI 60063, intitulée Séries de valeurs normales pour résistances et condensateurs, définit les valeurs préférentiellement utilisées pour les composants électroniques de type résistance et condensateur. Elle définit plusieurs séries, nommée Enn, où nn est le nombre de valeurs dans une décade (c'est-à-dire entre 10^d inclus et 10^d+1 exclus, pour d entier quelconque). Les valeurs des tableaux ci-dessous sont données pour une seule décade, les autres s'obtiennent en multipliant par 10^d, avec d entier quelconque. Par exemple on a dans la série E3 des résistances de 4,7Ω, 47Ω, 470Ω, 4,7kΩ, 47kΩ, etc.

Séries à deux chiffres

Ces séries sont en principe associées à une tolérance (E3: ±20%, E6: ±10%, E12: ±5%, E24: ±2%), mais on trouve chez les différents fabricants de nombreuses exceptions à cette règle.

Séries à trois chiffres

Ces séries ne sont en pratique utilisées quasiment que pour les résistances de précision ±1% ou mieux.

Liens

[http://www.iec.ch/ Site officiel de la CEI] Catégorie:Composant électronique Catégorie:Composant passif Catégorie:Norme CEI

Composant monté en surface

Catégorie:Électronique Catégorie:Électronique Le composant monté en surface désigne une technologie de fabrication des cartes électroniques et par extension un type de composants utilisés par l'industrie électronique. Cela consiste à souder les composants d'une carte à sa surface, plutôt que d'en faire passer les pattes à travers. C'est plus compact et plus résistant. Les composants électroniques les plus anciens étaient d'abord d'assez grosse taille, et équipés de pattes qui traversaient le circuit imprimé. La soudure se faisait sur ce point, pour relier le composant au circuit. La miniaturiation des circuits a rendu ce système peu pratique : la plaque doit être percée, les soudures entrainent une surépaisseur, etc. Ainsi les composants CMS sont simplement soudés à la surface de la plaque, ce qui permet une miniaturisation extrême (les dimensions des composants « classiques » sont souvent inférieures au millimètre). Sans cette miniaturisation, les téléphones portables ressembleraient encore à des talkies walkies!

Méthode de brasage (communément appelé soudure)

La pose de composants CMS sur une carte est très simple et fiable par rapport aux composants traversants. Le circuit imprimé nu est d'abord sérigraphié à travers un pochoir métallique (un écran percé aux endroits adéquats) d'une crême à braser sur les plages du circuit imprimé, c'est-à-dire l'emplacement des pattes des composants. Ensuite les composants sont posés sur le circuit par les machines de placement, enfin la refusion fait fondre l'alliage déposé et la brasure se forme lors du passage dans un four. Pour les composants traversant la soudure se faisait grace à une vague d'étain en fusion qui passait sous la carte, au contact des pattes des composants. Les cartes électroniques actuelles sont souvent équipées sur leurs 2 faces. Elles nécessitent 2 passages sur la ligne de production : un pour chaque face. Ce sont les tensions de surfaces entre les plages et les composants qui font que ceux-ci ne tombent pas lors de la deuxième refusion.

Évolutions actuelles et futures

Sans parler de la miniaturisation et de l'intégration de fonctions électroniques de plus en plus puissantes dans les composants, l'évolution majeure qui est en cours est le passage de l'industrie électronique au «sans plomb». En effet, jusqu'à il y a peu, les brasures étaient réalisées à base d'étain-plomb (SnPb). Mais une directive européenne va bannir le plomb à partir de 2006 (directive RoHS). L'avantage du plomb était notamment d'abaisser le point de refusion de l'étain. Les nouveaux alliages les plus répandus sont à base d'étain, argent et cuivre (SnAgCu) : la température de refusion a ainsi augmenté d'une dizaine de degrés (on dépasse aujourd'hui les 250°C). Tout cela a diverses conséquences :
- Des problèmes d'ordre technique pour les composants qui doivent pouvoir supporter les températures plus élevées.
- Trouver un moyen de supprimer les "whiskers" (pousse de fibres cristallines de quelques micromètres pouvant créer des court-circuits) qui sont absents lors du mélange avec le plomb.
- Une gestion compliquée à mettre en œuvre pour gérer la phase de transition et donc la mixité des composants prévus pour le «sans plomb» et les autres.
- Les problèmes d'obsolescence de composants en fin de vie qui ne seront pas migrés vers le sans plomb fautes de débouchés commerciaux.
- Des investissements nouveaux sont à réaliser pour adapter les équipements de production à ces nouvelles contraintes.
- Des consommations d'énergie plus importantes (de 10 à 20%), compte tenu de l'augmentation des températures de refusions.
- Une requalification systématique des processus de fabrication s'avère également nécessaire.

Voir aussi

Liens internes

- Circuit imprimé
- Soudure
- :en:Whisker (metallurgy) (en)

Liens externes

- [http://www.sansplomb.org/doc_presentation/pbissue.pdf Remplacement du plomb dans les alliages de soudure en microélectronique, Whiskers]

Conductivité électrique

La conductivité électrique est la grandeur caractérisant l'aptitude pour un matériau de permettre le passage du courant électrique, c’est-à-dire de permettre aux charges électriques de se déplacer librement en son sein.

Principe physique

La conductivité électrique est l'inverse de la résistivité. Elle correspond à la conductance d'une portion de matériau de 1 mètre de longueur et de 1 m² de section. Parmi les meilleurs conducteurs, il y a les métaux pour lesquels les porteurs de charge sont les « électrons libres » et, les solutions d'électrolytes (ayant des ions en solution). Pour ces dernières, la valeur de la conductivité dépend de la nature des ions présents dans la solution et de leurs concentrations. La conductivité d'une solution peut être mesurée à l'aide d'un conductimètre. Certains matériaux, comme les semi-conducteurs, ont une conductivité qui dépend d'autres conditions physiques, comme la température ou l'exposition à la lumière, etc. Ces propriétés sont de plus en plus mise à profit pour réaliser des capteurs.

Unité

Son unité dans le Système international d'unités (SI) est le siemens par mètre (A²s³m^-3kg^-1). C'est le rapport de la densité de courant par l'intensité du champ électrique. C'est l'inverse de celle de la résistivité. Le symbole généralement utilisé pour désigner la conductivité est la lettre grecque sigma : σ. Selon les matériaux, σ varie de 10⁸ S.m^-1 à 10^-22 S.m^-1.

Voir aussi

- Résistance électrique
- Électronique
- Électricité
- Conduction électrique dans les oxydes cristallins
- Semi-conducteur
- Loi de Nernst-Einstein
- Loi d'Ohm
- Supraconductivité catégorie:électrochimie Catégorie:Quantité physique Catégorie : Électricité

Semi-conducteur

Les semiconducteurs sont des matériaux présentant une conductivité électrique intermédiaire entre les métaux et les isolants.
- Les semiconducteurs sont primordiaux en électronique parce qu'ils offrent la possibilité de contrôler, par divers moyens, à la fois la quantité de courant électrique susceptible de les traverser et la direction que peut prendre ce courant.
- Dans un semiconducteur un courant électrique est favorisé par deux types de porteurs: les électrons et les trous.
- La propagation par l'intermédiaire d'électrons est similaire à celle d'un conducteur classique: des atomes fortement ionisés passent leurs électrons en excès le long du conducteur d'un atome à un autre, depuis une zone ionisée négativement à une autre moins négativement ionisée.
- La propagation par l'intermédiaire de trous est différente: ici, les charges électriques voyagent d'une zone ionisée positivement à une autre ionisée moins positivement par le mouvement d'un trou créé par l'absence d'un électron dans une structure électrique quasi-pleine.
- Le silicium pur est un semiconducteur intrinsèque. Les propriétés d'un semiconducteur (c'est-à-dire le nombre de porteurs, électrons ou trous) peuvent être contrôlées en le dopant avec des impuretés (autres matériaux). Un semiconducteur présentant plus d'électrons que de trous est alors dit de type N, tandis qu'un semiconducteur présentant plus de trous que d'électrons est dit de type P.

Structure électronique des semiconducteurs

Principe de la structure en bandes

Les propriétés des semiconducteurs proviennent de leur structure électronique. Les éléments de type IV (C, Si, Ge, Sn, ) possèdent une structure électronique de type (.s², .p²), et peuvent former des orbitales

\sigma

\pi

liantes et antiliantes. Lorsque ces atomes forment un réseau cristallin, l'énergie des orbitales liantes tend à diminuer, alors que celle des orbitales antiliantes augmente (en fonction de la distance inter-atomique). En parallèle, les niveaux d'énergie correspondant aux orbitales tendent à s'étaler autour d'un niveau moyen, un phénomène dû à l'interaction des orbitales ; on parle alors de bandes d'énergie plutôt que de niveaux. La bande correspondant à l'étalement de l'orbitale σ antiliante est appelée bande de conduction ; la bande correspondant à l'étalement de l'orbitale π liante est appelée bande de valence. Tant que l'énergie de la bande de conduction est inférieure ou comparable à celle de la bande de valence, des électrons peuvent circuler librement dans le cristal : le solide est conducteur. C'est le cas du magnésium. D'autres métaux comme le cuivre (Cu) ont des états vides dans la bande de valence. Dans cette situation, les électrons de la bande de valence peuvent conduire l'électricité en se déplaçant entre ces états et le matériau est là aussi bon conducteur. Si, en revanche, l'énergie de la bande de valence devient inférieure à celle de la bande de conduction (lorsque les dimensions de la maille cristalline diminuent), les électrons vont peupler tous les niveaux liants : le solide devient isolant au zéro absolu. La différence d'énergie entre la bande de conduction et la bande de valence est appelée gap du matériau. Si le gap est très important (> 200 kT), quasiment aucun électron ne peuple la bande de valence à température ambiante : le matériau est isolant. Si, en revanche, le gap est de l'ordre de quelques eV, la bande de valence contient quelques électrons thermiques qui suffisent à assurer une conduction minimale : le matériau est dit semiconducteur.

Niveau de fermi

Dans un semiconducteur, les électrons suivent une statistique de Fermi-Dirac. On montre que la probabilité pour qu'un électron possède une énergie E s'écrit :

f(E) = \frac

La valeur

E_f

s'appelle Énergie de Fermi et correspond à l'énergie limite qui sépare, au zéro absolu, les niveaux occupés des niveaux vides. Cette énergie est caractéristique du matériau. On voit immédiatement que la concentration en porteurs dépend fortement de la température. Augmenter celle-ci conduit à augmenter le nombre de porteurs et accroît donc la conductivité, à la différence de la plupart des conducteurs qui tendent à être moins conducteurs à haute température. Ce principe est utilisé dans les thermistors. Du fait des propriétés de symétrie du réseau cristallin, les niveaux d'énergie des bandes ne sont pas égaux dans toutes les directions : il existe des axes de conduction privilégiés. Les semiconducteurs où la direction correspondant au maximum d'énergie de la bande de valence et celle correspondant au minimum de la bande de conduction coïncident sont dits à gap direct (cas, par exemple de AsGa) ; les autres (Si) sont dits à gap indirect. Quand un électron est excité vers la bande de conduction, il laisse derrière lui un état vide (un trou) dans la bande de valence, correspondant à un électron manquant dans l'une des liaisons covalentes entre atomes. Sous l'influence d'un champ électrique, un électron de valence voisin peut se déplacer à la place de l'électron manquant, déplaçant du même coup cette place. Ce trou est alors capable de se déplacer à travers le matériau et donc de conduire l'électricité. Les trous sont considérés comme des particules de charge opposée à celle des électrons (1,602×10⁻¹⁹ C). En présence d'un champ électrique, des électrons et des trous se déplacent dans des directions opposées. Les électrons sont plus mobiles que les trous et donc conduisent mieux l'électricité. Parce qu'ils peuvent tous deux la conduire, ils sont nommés porteurs. Le mouvement de conduction des électrons (et des « trous ») résulte de la superposition de deux forces : le champ électrique externe et le champ électrique périodique résultant de la structure du cristal. Comme ce dernier est malaisé à calculer exactement, il est remplacé par une contribution globale, qui revient à modifier la masse des porteurs ; on parle alors de masse effective. Au voisinage du minimum de la bande de conduction, la masse effective est une fonction de la dérivée seconde du profil d'énergie de la bande (approximation parabolique).

Dopage et semiconduction intrinsèque

Voir aussi l'article détaillé Dopage (semi-conducteur).

Semiconduction intrinsèque

Les semiconducteurs intrinsèques sont ceux dont le comportement électrique ne dépend que de la structure électronique de leur matériau. De ce cas, les porteurs sont tous créés en excitant des électrons dans la bande de conduction. En conséquence, un nombre égal d'électrons et de trous est créé.

Dopage de type N

Le but d'un dopage N est de produire un excès d'électrons porteurs dans le semiconducteur. Afin de comprendre comment un tel dopage s'effectue, considérons le cas du silicium (Si). Les atomes de Si ont quatre électrons de valence, chacun étant lié à un atome Si voisin par une liaison covalente. Si un atome ayant cinq électrons de valence, comme ceux du groupe V (VA) de la table périodique (par exemple, le phosphore (P), l'arsenic) (As) ou l'antimoine (Sb)), est incorporé dans le réseau cristallin, alors cet atome présentera quatre liaisons covalentes et un électron libre. Cet électron, qui n'est pas un électron de liaison, n'est que faiblement lié à l'atome et peut être facilement excité vers la bande de conduction. Aux températures ordinaires, quasiment tous ces électrons le sont. Comme l'excitation de ces électrons ne conduit pas à la formation de trous dans ce genre de matériau, le nombre d'électrons dépasse de loin le nombre de trous. Les électrons sont des porteurs majoritaires et les trous des porteurs minoritaires. Et parce que les atomes à cinq électrons ont un électron supplémentaire à « donner », ils sont appelés atomes donneurs. Les matériaux ainsi formés sont appelés semiconducteurs de type N parce qu'ils contiennent un excès d'électrons négativement chargés.

Dopage de type P

Le but d'un dopage P est de créer un excès de trous. Dans ce cas, un atome trivalent, généralement un atome de Bore, est substitué à un atome de silicium dans le réseau cristallin. En conséquence, il manque un électron pour l'une des quatre liaisons covalentes des atomes de silicium adjacents, et l'atome peut accepter un électron pour compléter cette quatrième liaison, formant ainsi un trou. Quant le dopage est suffisant, le nombre de trous dépasse de loin le nombre d'électrons. Les trous sont alors des porteurs majoritaires et les électrons des porteurs minoritairesnre sont appelés accepteurs.

Jonction P-N

Une jonction P-N est créée en dopant des régions adjacentes d'un semiconducteur avec des dopants P et des dopants N. Si une différence de potentiel positive est placée du côté du dopage P, les porteurs majoritaires positifs (les trous) sont poussés vers la jonction. Dans le même temps, les porteurs majoritaires négatifs du côté N (les électrons) sont attirés vers la jonction. Comme il y en résulte une abondance de porteurs à la jonction, le courant électrique peut la traverser. Si la différence de potentiel est inversée, les porteurs majoritaires des deux côtés s'éloignent de la jonction, bloquant ainsi le passage du courant à son niveau. La jonction P-N est à la base du composant électronique nommé diode, qui ne permet le passage du courant électrique que dans un sens. De manière similaire, une troisième région peut être dopée pour former des doubles jonctions N-P-N ou P-N-P qui forment la base de la plupart des composants utilisant des semiconducteurs, à commencer par les transistors.

Voir aussi

Domaines englobants
- Physique du solide
- Électronique
- Chimie du solide
- Ingénierie électronique
- Conduction électrique dans les oxydes cristallins Sous-domaines
- Circuits semiconducteurs
- Transistors
- Diodes
- Microprocesseurs
- Thermistors
- Cellule photovoltaïque
- Matériaux semiconducteurs
- Semi-conducteur à large bande
- Semi-conducteur organique
- Nitrure de bore
- Diamant
- Arséniure de gallium
- Arséniure de gallium/aluminium
- Nitrure de gallium
- Carbure de silicium
- Germanium
- Phosphure d'indium
- Silicium
- Silicium-germanium
- et peut-être les nanotubes de carbone
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