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Sofiane

Definitions :

La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau ou d'une solution à laisser les charges électriques se déplacer librement, donc à permettre le passage d'un courant électrique.

La résistance électrique est l'aptitude d'un matériau conducteur à ralentir le passage du courant électrique, une partie de l'énergie est consommée par échauffement au passage du courant.

 

Physiciens  :

John Bardeen (23 mai1908 à Madison, Wisconsin, USA- 30janvier 1991à Boston ) est un physicien americain . Il est colauréat avec William Shockley et Walter Houser Braittain du prix nobel de physiquede 1956 pour leurs travaux sur les semi-conducteurs. Il est également co-lauréat avec Leon Neil Cooper et John Robert Schriefferdu prix Nobel de physique de 1972 pour leurs travaux sur la supraconductivite. Il est la seule personne à avoir reçu deux prix Nobel de physique. Il fut également lauréat de la Medaille Franklinen 1975 pour ses travaux sur la supraconductivite et les semi-conducteurs.

Leon Neil Cooper (28fevrier 1930 à New-York) est un physicien maericain Lui, John Bardeen et John Robert Schrieffer sont colauréats du prix nobel de physique de 1972 pour leurs travaux sur la supraconductivite. Il a donné son nom aux paires de cooper

John Robert Schrieffer (31 mai 1931) est un physicien americain. Leon Neil Cooper John Bardeen et lui sont colauréats du prix nobel de physiquede 1972 pour leurs travaux sur la supraconductivite.

I Propriétés des supraconducteurs

A. La non-résistance électrique (BCS)

Conductivité infinie ou Conducteur parfait

La conductivité électrique est l'aptitude d'un matériau ou d'une solution à laisser les charges électriques se déplacer librement, donc à permettre le passage d'un courant électrique.

Elle est dite infinie ou parfaite lorsque le matériau n'exprime pas de résistance électrique.

La résistance électrique est l'aptitude d'un matériau conducteur à ralentir le passage du courant électrique, une partie de l'énergie est consommée par échauffement au passage du courant.





L'une des propriétés des supraconducteurs est la non-résistance électrique.

L'état supraconducteur de la matière est un état particulier qui s'explique par la physique quantique (physique qui explique le monde de l'infiniment petit à l'échelle atomique).

Si un courant électrique traverse un supraconducteur en conditions favorables, le courant qui le traverse ne perdra pas d'énergie (grâce à l’organisation de ses atomes). De plus, aucun échauffement n'est produit.

Lorsqu'un courant traverse un conducteur normal, l'intégralité de son énergie ne sera pas restituée. En effet, une partie est consommée en chaleur par l'effet de Joule. Ceci est dû à la position des ions positifs à l’intérieur des conducteurs normaux. En effet, un conducteur normal réduit le courant électrique qui le traverse à cause de sa résistance électrique. Dans un matériau conducteur normal, les électrons libres ont un comportement individualiste ; ils se déplacent en tous sens. De plus les atomes à l'intérieur d'un conducteur normal ne sont pas organisés, les électrons sont donc ralentis.

L'organisation des atomes et des électrons dans un supraconducteur (fig 1.)

Mais en diminuant très fortement la température de certains matériaux, ils deviennent supraconducteurs.

Les atomes s'organisent pour s'aligner. De plus, les électrons libres changent de comportement. Ils s'organisent alors par pairs, appelées pairs de Cooper. Elles forment une onde appelée condensat qui se déplace dans le métal sans rencontrer la moindre résistance. En effet, les électrons peuvent passer en ligne droite et donc la résistance électrique est nulle.

Les différences entre un conducteur et un supraconducteur (fig 2.)

Structure des atomes dans un Supraconducteur (Condensat) (fig 3.)

Lorsqu'un électron passe dans le condensat, les ions positifs sont attirés vers cet électron. Comme les ions positifs sont plus rapprochés à cet endroit, il y a une charge positive globale au niveau du passage de l'électron ; lorsqu'un deuxième électron passe, il va être attiré par cette charge positive globale, et le processus se répète indéfiniment.


C'est ce que découvrit de façon inattendue en 1911 le physicien Heike Kamerlingh Onnes et son équipe. Il est spécialiste de la cryogénie (étude et production des basses températures inférieures à - 150 °C).

Trois ans plus tôt, il avait réussi à liquéfier l'hélium à -269°C. En étudiant le mercure avec ce liquide très froid, il constata que la résistance électrique du mercure diminuait brutalement jusqu'à devenir nulle à une température de 4° au-dessus du zéro absolu. Le mercure était alors devenu supraconducteur.

Le zéro absolu est la température la plus basse qui puisse exister dans l'univers, sa valeur est de 0 Kelvin soit -273,15 Celsius.

La température d'un matériau est définie par le niveau d'agitation de ses atomes. Si ses atomes sont très agités, la température sera alors élevée, au contraire si ses atomes sont peu agités, la température sera alors basse.

Le zéro absolu correspond à l'immobilité absolue.


Pour l'ensemble de ses recherches, Heike Kamerlingh Onnes reçut le prix Nobel de physique en 1913.

Ses recherches lui ont permis aussi de démontrer qu'il était possible de stocker un courant dans une boucle supraconductrice. Tant que le matériau est supraconducteur, le courant stocké dans la boucle continuera à circuler indéfiniment. On sait que le courant circule toujours dans la boucle car elle émet un champ magnétique.


Ce sont Bardenn, Cooper et Schrieffer qui réussirent à expliquer comment ces ondes sont créées en 1957 et reçurent le prix Nobel de physique pour leur découverte nommée théorie BCS.