Conclusion et fiabilité
Le vieillissement chimique des cristaux et du dopage amène progressivement des défauts puis pannes. C’est la connaissance au travers de ce que l’on a vu dans ces chapitres, du constructeur qui amène le savoir plus précis et/ou la prévision des pannes qui arrivent réellement en électronique.
Pour des nouvelles innovations, il peut être intéressant de considérer des petites variations de la tension de l’eau ( 100 mV/10 : commande ? télépathique) que l’on amplifie par un transistor avec Veb = 0.6 V et que l’on amène comme un signal logique de décision
de 0 -> 9 V (CMOS) ou de 0 -> 5 V (TTL).
21.La physique par l’électricité Atome simple d’azote (approche partielle théorique)
En considérant un électron élémentaire de la couche externe qui tourne autour du noyau dans un environnement électriquement neutre, on arrive au calcul suivant pour la vitesse de l’électron sur son orbitale :
M * v2 = n * q1 * q2 * k
R R2
Avec M = 1.7 10-31 kg masse estimée d’inertie de l’électron seul
v = vitesse de l’électron sur son orbitale
R = 0.74 10-10 m rayon de l’orbitale selon Mendeleïev
n = 5 nombre de protons du noyau équilibrant la couche externe
q1 = 1.6 10-19 Cb charge élémentaire d’un proton
q2 = 1.6 10-19 Cb charge de l’électron
k = 9 109 N (m/Cb)2
De là, on trouve v = √5 * √ ((1.6 10-19)2 * 9 109 / 0.74 10-10 / 1.7 10-31)
= √5 * 4.4 106 m/s = 9.8 106 m/s
La couche électronique externe et la vitesse approximative de tous les électrons externes
Lorsque l’on regarde la couche externe de tous les atomes du tableau de Mendeleïev, on observe de 1 à 8 électrons sur cette couche. Cette couche étant équilibrée en charge pour l’atome, on trouve la formule suivante pour 1 électron quelconque de cette couche :
M * v2 = n * q1 * q2 * k
R R2
Avec n ε [1,8]
M = 1.7 10-31 kg masse estimée d’inertie de l’électron seul
v = vitesse de l’électron sur son orbitale
R = 1.00 10-10 m rayon de l’orbitale selon Mendeleïev
q1 = 1.6 10-19 Cb charge élémentaire d’un proton
q2 = 1.6 10-19 Cb charge de l’électron
k = 9 109 N (m/Cb)2
De là, on trouve v = √n * √ ((1.6 10-19)2 * 9 109 / 1.00 10-10 / 1.7 10-31)
= √n * 3.7 106 m/s
ε [3.7 106 m/s ,10.7 106 m/s]
Les grosses molécules avec de nombreux atomes, possèdent probablement pour leur énergie de covalence, de vitesses un peu supérieures.
La couche 1s2 et les couches intermédiaires
Pour expliquer la cohésion du noyau composé de protons et de neutrons, on est amené à considérer que celle-ci est assurée par un bombardement (chocs) permanent du noyau par les 2 électrons de la couche 1S2 en chimie de Mendeleïev (couche appelée K). Les protons étant 10000 fois plus lourd que les électrons, ils ne peuvent s’accélérer mutuellement par leur répulsion électrique et restent donc dans une enceinte de 10-16 m de diamètre.
Voyons ci-après les calculs :
F = k Q Q’ = Q E avec E = V/R
R2
Ordre de grandeur au niveau des électrons externes :
V = k Q’ = 9 109 1.6 10-19 =14.4 V
R 10-10
Ordre de grandeur au niveau des noyaux :
V = k Q’ = 9 109 1.6 10-19 =28.8 106 V soit 29 millions de Volt
R 0.5 10-16
Dans les noyaux, on a les protons :
∫ F/m dt ~ A * t avec Ap = Q n V = 1.6 10-19 x n x 28.8 106 = 5.4 1031 m/s2 x n
R m 0.5 10-16 1.7 10-27
∫∫ Ap dt = Ap t2 /2 + v t + e :
moyenne nulle pour l’accélération et la position -> ‹ Ap t2 /2 › = ‹ e ›
tp = √ 2 0.5 10-16 = 1.4 10-24 sec / √n
5.4 1031 x n
moyenne convergente pour la vitesse étudiée ci-après
Proche du noyau, on a les électrons 1S2 qui peuvent s’équilibrer à partir de cette durée :
∫ F/m dt ~ A * t avec Ae = Q n V = 1.6 10-19 x n x 28.8 106 = 5.4 1035 m/s2 x n
R m 0.5 10-16 1.7 10-31
∫∫ Ae dt = Ae t2 /2 + v t + e :
moyenne nulle pour l’accélération et la position -> ‹ Ae t2 /2 › = ‹ e ›
te = √ 2 0.5 10-16 = 1.4 10-26 sec /√n
5.4 1035 x n
Les électrons peuvent avoir environ 100 x plus de chocs car tp ~ 100 x te
C’est ainsi que se stabilise le noyau qui comporte (stable) jusqu’à 103 protons.
On peut alors estimer la vitesse des protons et celle des électrons 1S2 en considérant que les 2 électrons rencontrent tous les protons.
Vp = ( Ap x tp ) = 5.4 1031 x n x 1.4 10-24 /√n = 7.6 107 m/s x √n
Ve = Ae x tp / (n/2) = 5.4 1035 x n x 1.4 10-24 / √ n / (n/2)= 1.5 1012 m/s /√n
Les neutrons agiraient alors comme un réducteur de vitesse des protons renvoyés à l’intérieur du dénommé noyau.
Dans les chocs, on peut construire l’observable énergie cinétique comme suit :
Mp x Vp2 /2 < Me x Ve2 /2
1.7 10-27 x (7.6 107 m/s x √n )2 /2 1.7 10-31 x (1.5 1012 m/s /√n )2 /2
4.9 10-12 J x n < 1.9 10-7 J / n
Pour n = 100
4.9 10-10 J < 1.9 10-9 J
Par des calculs similaires au chapitre 2, on peut calculer les trajectoires en
orbite quasi-circulaire des couches internes hors 1S2.
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