vitesse de l'électricité

[latortuefolle]

NDA: SUIT UNE DISCUSSION SUR LA VITESSE DES ELECTRONS. CELA N'A AUCUNE INFLUENCE SUR NOS AMPLIS. DISCUSSION STERILE DONC, A NE LIRE QUE POUR LE PLAISIR.

Tout le monde ici sait que la vitesse de propagation du signal audio dans les cables de nos montage est très rapide. Tellement rapide que le coup du débat sur l'effet de la technologie des cables (couleur et type d'isolation, multibrin ou pas, plaqué argent ou pas etc...) en ont fait bien rire quelque uns par ici. Effectivement, cf wiki:

http://en.wikipedia.org/wiki/Speed_of_electricity

"Propagation speed is affected by insulation, such that in an unshielded copper conductor it is about 96% of the speed of light, while in a typical coaxial cable it is about 66% of the speed of light [1]."

Bref ça se déplace à une fraction de la vitesse de la lumière. No comment.

Ouais mais... là il s'agit de courant alternatif, autrement dit d'une onde électromagnétique.

Pour le courant constant, c'est tout autre chose.

La mobilité dans le cuivre est de l'ordre de 0.005 (m/s)/(V/m).

Autrement dit, dans un cable de 1m sous 100V, le courant DC met 2s à aller d'une extrémité à l'autre, et 3min20s sous 1V! Et on est loin d'atteindre 1V pour 1m pour un cable de bonne section.

C'est un bon conducteur car il accepte une très forte densité de courant. Mais les électrons s'y déplacent très lentement.

Ne doit-on pas en tenir compte dans le design du cable d'une alim (et du cablage de masse!!) qui doit accepter des appels de courant, comme un PP en classe AB ou B?

D'autre part, si à haute fréquence le signal se ballade à une fraction de la vitesse de la lumière, et en DC à quelques mm par seconde tout au mieux, il doit y avoir un domaine de basse fréquence où la vitesse de déplacement du signal s'écroule. Je sais pas si c'est 3Hz ou 300Hz, mais si ça rentre dans le spectre audio, il y a de grande chance que le cablage ait aussi une importance primordiale sur la latence du circuit en basse fréquence. J'ai pas trouvé les formules encore.

Tout ça est à ramener à la quantité de courant nécessaire, bien sûr, et je me rend pas bien compte si c'est pertinent dans nos cas.

[tazzon]

La vache, tu me files le mal de crane
T'es sur de ton truc avec la tension qui met 2s a faire 100m ?

[sherpa]

La tension electrique se déplace dans le cuivre à une vitesse proche de
celle de la lumière.
Les electrons du cuivre se déplacent bcp plus lentement...

[latortuefolle]

ouais, chuis pas mal plutot assez sur.

Mais attention, le chiffre 0.005(m/s)/(V/m) c'est la mobilité, pas la vitesse.

mu=0.005(m/s)/(V/m) soit 0.005m²/V/s

La vitesse des électrons (en DC) est donnée par:

v=mu*U/d

où mu est la mobilité, U la tension aux bornes du conducteur, et d la distance entre ces bornes.

Et donc le temps t que mettent les électrons à parcourir cette distance d est:

t=d/v=d²/(mu*U)

Désolé pour le mal de crane.

La tension electrique se déplace dans le cuivre à une vitesse proche de
celle de la lumière.
Les electrons du cuivre se déplacent bcp plus lentement...

c'est bien ça. Si la tension est alternative elle se déplace à une vitesse proche de la lumière. c'est une onde électromagnétique.

au contraire le courant DC se déplace très très très lentement, car ce sont les électrons du cuivre qui physiquement se déplacent.

[a-wai]

Euh, si je me réfère à mes souvenirs de... pfiou, 4ème au moins !
Donc, si je me réfère à ces souvenirs, effectivement les électrons se déplacent très lentement, et tes chiffres me paraissent corrects...

Par contre, tous les électrons du cable se mettent en mouvement en même temps, donc le temps que vont mettre les électrons du début du cable pour arriver au composant est masqué par le fait que les électrons du bout sont arrivés instantanément, vu qu'ils se trouvaient à côté !

En espérant ne pas avoir dit de conneries...

[Croquignol]

Contrairement à ce que je crois déceler dans ton texte, il y a un champs qui s'établit dans les conducteurs en alternatif comme en continu, quoique un champs dans un conducteur....

Dans un fil electrique il y a des electrons qui se déplacent et qui sont à l'origine d'un courant.
Pourquoi se déplacent ils, parce que lorsqu'on ferme le circuit, un champs electrique s'etablit dans le conducteur en continu il est contant, en alternatif il varie (plus sur de mon coups mais on parle alors d'onde stationnaire).
Ce champs se propage dans les fils à une vitesse proche de celle de la lumière.

Sous l'action de ce champs, les electrons subissent une force electrique F=qE, et ils se mettent à se déplacer vers le pole négatif.
En alternatif, c'est pareil sauf que le champs electrique varie en norme et en sens, donc les electrons font des jolis allez retour et au globale, ils restent sur place.

Vu la courte longueur de fils qu'on utilise, les fréquences faibles dont on parle, et la vitesse de propagation enorme de l'onde. On est dans un domaine ou l'approximation des états quasi stationnaire est valable:
L'onde electrique à la même valeur dans tout le circuit, et donc l'intensité du courant est la même d'un bout à l'autre du fil.

Donc les electrons lorsque tu fermes l'interrupteur d'un circuit se mettent à se déplacer tous au même moment, alors certes ils vont pas très vite (encore que vue qu'ils sont très petits ils trainent pas quand même), mais c'est un mouvement de groupe.
Il y a plusieurs modèles qui existent:
- Un ou les electrons libres se déplacent de proche en proche en sautant d'atome en atom en se chassant les uns les autres (un peu comme abalone).
- Un autre ou on envisage les electrons libres comme un gaz dont les particules se déplacent sous l'effet du champs et cognent contre les atomes, on calcul leur libre parcours moyen.

Dans les deux cas on peut estimer la vitesse des electrons, et on tombe sur les ordres de grandeur que tu as indiqués. (comment j'me la pète j'ai honte... surtout que je doit laisser un paquet de fautes).
Toujours est il, que les electrons avancent tous ensembles, et démarrent tous ensemble et s'arretent tous ensembles.

La vitesse fini de la lumière, ça pose problème dans d'autre cas:
- si les fils sont très long: Si entre ta pile et ta lampe il y a 300 000 km de fil il y aura un délai pour que la lampe s'allume: le temps que l'onde s'établisse dans tout le cable (si toutefois elle daigne s'allumer mais j'en doute, c'est une expérience de pensée)

- Si les fils sont en matière bizarre, on la vitesse de propogation de l'onde electrique est très faible, le résultat serait le même que précédement. Je connais pas de fils comme ça, mais pourquoi pas.

- Si les fréquence sont élevés: A 2 GHz, la longueur d'onde de la lumière c'est 15cm, le quart d'onde 3cm (et des bananes). Si sur une piste de circuit de 3cm, le champs et le courant est maximal d'un coté, à l'autre bout l'onde est nulle. Du coups la parti emmission radio d'un téléphone portable, c'est un peu sport, car la disposition relatives des composants peut avoir une grande influence.

Heuresement on est nous loin de ces cas là, certes nos electrons bougent pas vite, mais ils bougent en une belle colonne, et c'est bien le moins qu'on leur demande.

Argghhh, voila je me suis fait coiffer au poto, à vouloir étaler ma science, ça me pendait au nez.
Merci A-Wai, ça me fait chaud au coeur qu'on puisse avoir des souvenirs de 4ème.

[latortuefolle]

Croquignol,

Ouais, je crois que c'est assez clair pour tout le monde que l'ordre de grandeur de la propagation d'une tension alternative dans un conducteur est tellement grande que toute considération à ce niveau devient du pipi de chat et de l'enc*lage de mouche.

Par contre, sans dire de choses vraiment fausses, dans ton explication la distinction entre tension alternative (= champ électrique alternatif) et courant DC (électrons qui se déplacent sous l'effet d'un champ électrique constant) me semble assez confuse.

Les électrons bougent vite si ils oscillent autour de leur position (champ électrique alternatif), ils sont lent si ils se déplacent en belle colonne (champ électrique constant).

Par contre, tous les électrons du cable se mettent en mouvement en même temps, donc le temps que vont mettre les électrons du début du cable pour arriver au composant est masqué par le fait que les électrons du bout sont arrivés instantanément, vu qu'ils se trouvaient à côté !

ouaip. J'ai sans doute posé une question conne.

Sauf si.. je sais pas, on a besoin de plus de courant que ce qui est contenu dans le fil, faut le temps que ça arrive depuis la masse, non? Non, c'est con, au repos la densité d'électrons est sensé être la même dans le fil et dans la masse.

Ouais mais si on en a besoin de plus? Il faut que le redressement de l'alim recharge la masse en électrons en piquant des électrons à la ligne HT, puis il faut le temps que ces électrons s'équilibrent sur tout le réseau de conducteurs connectés à la masse. Ca peut prendre du temps. Donc pour certains courants, cette vitesse de déplacement des électrons peut devenir un probleme, non?

[charpy]

pour ca il y a
- les accu et piles : libération trés lente par transformation chimique dans la masse du matériaux
- les condos chimiques : libération assez rapide par transformation chimique en surface des electrode
- les condos film métallisés, céramiques... libération tres rapide des electrons qui sont juste "posé" en surface des electrodes sans reaction chimique.

[latortuefolle]

charpy,

La distance de fil entre le tube qui appelle du courant et sa source (condensateur par exemple) ne devient-elle pas justement très influente sur le temps que va mettre l'électricité à arriver?

Par exempe si t'as 20cm de cable entre le - de ton condo d'alim et les cathodes de tube de puissance, celà ne va-t-il pas entrainer de la latence lors d'un appel de courant, et donc de la compression?

Les électrons d'un condo d'alim arrivent par l'intermédiaire de la masse. Le parcours entre le - du condo et les cathodes (donc via la masse) ne devient-il pas promordial?

On voit sur certains amplis que les anodes des tubes de puissance sont reliés directement au chassis, au plus pret, alors que le reste des masses est bien relié en étoile.

[charpy]

rahhh t'insiste!

on s'en fiche que ce ne soit pas les electrons de l'alim qui arrivent dans le condo!

un petit electron "paul" sort de l'alim et saute dans le fil qui mene au condo... il pousse les autres électrons qui sont dans le fil (le fil ne stoque pas) et a l'autre bout du fil il y a l'electron "marc" qui se fait dégager du fil et qui tombe dans le condo

donc pour résumer : un electron part de l'alim et instantanément un electron tombe dans le condo. effectivement ce n'est pas paul qui est tombé dans le condo mais on s'en cogne ca reste un electron.

"paul" va rester un moment dans le fil avant d'atteindre le condo mais il ne bloque pas le flux global des electrons. au contraire il participe lui aussi a propager l'onde de compression. lorsqu'un nouvel electron pousse les autres pour se faire une place dans le fil, paul va etre poussé par l'electron arrivé aprés lui et va pousser l'electron qui est devant lui.

tu peux faire l'expérience en mettant des billes dans un tuyaux, pour simuler les electrons et le fil. ca revient au meme.

la réalité est un peu différente car les electrons ne sont pas rangés comme des billes dans un tuyaux et ils sont en perpétuel mouvement (un gros tuyau secoué en permanence). mais vu globalement ca revient au meme : si tu rajoute une bille d'un coté une autre tombe de l'autre coté et le flux de bille c'est propagé. lorsqu'on rajoute une bille il y a une chance sur Nbilles que ce soit paul qui tombe a l'autre bout du tuyau. mais peu importe le nom de l'electron sorti il a les memes propriétés que tout les autres.

On voit sur certains amplis que les anodes des tubes de puissance sont reliés directement au chassis, au plus pret, alors que le reste des masses est bien relié en étoile.

c'est une raison purement pratico-economique

une démo par l'absurde : t'habites a quelle distance de la centrale la plus proche ? et combien de temps met une amploule a s'allumer chez toi ?

es ce que le délai d'allumage correspond au temps de parcours physique des electrons ou au temps de mise en mouvement du flux d'électrons dans le fil !!!

[latortuefolle]

rahhh ouai, j'insiste!!!

Bon et si marc et tout ses potes qui se la coulaient douce dans le cable sont aspirés dès le début de l'appel de courant et que ça suffise pas? Il faut bien attendre que paul et ses potes arrivent depuis l'autre bout du cable, non?

Tout dépend du courant dont on a besoin.

Dans le cas de l'exemple de l'ampoule de maison, le courant que peut donner le cable immédiatement est suffisant et ne demande pas à la centrale d'augmenter sa production.

[bimole]

Je pense que Charpy a bien résumé le truc: faut voir les électrons dans un fil comme un fluide incompressible dans un tuyau infiniment rigide.
Le dernier arrivé pousse le premier de la file.

Maintenant, la vitesse des électrons dans un fil, c'est ni plus ni moins que le courant. Un Ampère correspond à un Coulomb par Seconde et il se trouve que la charge de l'électron est en Coulomb. Donc la vitesse des électrons, c'est du courant.

Ce qui voyage à la vitesse proche de celle de c, c'est "l'information".
C'est le temps que mettent les électrons à se pousser les uns dans les autres pour véhiculer une perturbation, à la manière du skieur qui arrive trop vite dans la file de personnes au télésiège et qui fait tomber tout le monde: le personnes mettent un certain temps à tomber mais personne n'a bougé de sa position.
C'est comme les dominos, l'information (chute) se propage très vite mais les dominos ne quittent pas leur position.
Ca illustre le cas d'une tension au bornes d'un circuit ouvert.

Si en plus on a du courant, il faut imaginer la même chute de dominos mais tous se déplacent sur un tapis roulant par exemple pour symboliser le courant.

[a-wai]

Bon et si marc et tout ses potes qui se la coulaient douce dans le cable sont aspirés dès le début de l'appel de courant et que ça suffise pas? Il faut bien attendre que paul et ses potes arrivent depuis l'autre bout du cable, non?

C'est juste pas possible... Pourquoi ? Parce si tu aspires tous les électrons présents sur 5 cm de cable en une fraction de seconde, y'en a autant qui entrent de l'autre côté, tout ce petit monde se déplaçant joyeusement, on n'est donc jamais à court d'électrons...
Et si y'a rien qui peut entrer ? Très simple aussi, y'a plus de mouvement d'électrons, donc plus de courant !

La faille dans ton raisonnement est qu'un fil est toujours connecté d'une manière ou d'une autre (avec éventuellement des composants intermédiaires) à un "réservoir d'électrons", en l'occurence la masse, et finissent pas y retourner une fois leur travail accompli, donc on n'a jamais pénurie d'électrons...

Le seul maximum de courant qu'un fil peut débiter est lié à la chaleur qu'il peut encaisser avant de fondre (oui, les petits électrons qui bougent leur corps, ça réchauffe )

[Dagda]

Etant électricien, je ne rentrerais pas dans ce débat qui a souvent court sur les forums dédiés à l'audio"masturbo"philie ... Mais juste une remarque, enfin une constatation en réfléchissant en "novice".

... La mobilité dans le cuivre est de l'ordre de 0.005 (m/s)/(V/m).

Autrement dit, dans un cable de 1m sous 100V, le courant DC met 2s à aller d'une extrémité à l'autre, et 3min20s sous 1V! Et on est loin d'atteindre 1V pour 1m pour un cable de bonne section.

C'est marrant, mais quand je gratte ma pèle, même avec un jack pourrave et 15m de câble, j'ai pas souvenir que le son sorte du HP avec 3 minutes de retard ?!?!?!? certes ce n'est pas du continu

De part mon métier, je dirais juste que les 3 caractéristiques fondamentales lors du dimensionnement d'un câble d'alimentation sont :
- Le courant d'emploi
- Le courant de court circuit
- La chute de tension au bout du câble

Et quand on fait en continu ... hé ben c'est pareil et même pour 600ml de câble avec 230Vdc ...

Ce que je veux dire par la, c'est que les valeurs les plus critiques sur les grandes longueur de câbles sont les capacités parasites (surtout sur la HT) et la résistivité du câble ... certes, sur 4km de câble y'a un petit temps entre la mise en route d'un coté et la mise en fonctionnement de l'autre ... très petit temps ...

Dagda

[charpy]

un fil ne se vide pas de ses electrons. un atome qui a perdu des electrons c'est un ion et pour virer les electrons des atome aussi lourds que les métaux il chauffer a plusieurs milions de degres.

dans nos conditions d'utilisation un fil garde toujours rigoureusement le meme nombre d'electrons (c'est le condo qui stocke). le fil est juste un vecteur d'electron : t'en mets un de plus d'un coté il en sort un de l'autre pour compenser.

on ne peut pas "charger" ou "vider" un fil en electron comme on peut charger un condensateur (qui va te filer une chataigne alors qu'il est débrancher). tu t'es déja pris une chataigne sur un fil débranché?

dans le cas de "paul" qui est entré dans le fil, il ne pourra pas en sortir tant qu'il n'aurra pas été poussé jusqu'a l'autre bout. il fera partie intégrante du métal du fil : un atome "neutre" est composé, de protons, neutrons et d'electrons dont "paul"