COUCHE (en science PHYSIQUE)

-couche (en Physique)

Le terme couche exprime l’épaisseur d’une partie d’un matériau, dans laquelle les phénomènes changent en fonction de leur répartition ou situation

Les couches sont impliquées dans les notions suivantes :

COUCHE À FONCTION CAPACITIVE dans un capteur

 

COUCHE MINCE

Une couche d’un matériau déposée sur un autre, est réputée mince quand son épaisseur est proche de la longueur d’onde de la lumière qui va y être réfléchie.

Théoriquement l’épaisseur de la couche mince doit être de l’ordre de 10-6 m.

Mais on étend le terme "mince" à des épaisseurs variant de 10-9 à 5 m

Si un matériau réflecteur de lumière est recouvert d’une couche mince vaporisée sur sa surface, la réflexion peut être annulée si à la fois, on a

n*1= λ / 4.lé       et   n*1= (n0)1/2

n*0 et n*1 sont les indices de réfraction respectifs du corps et de la couche mince

λ(m) est la longueur d’onde

lé(m) est l'épaisseur de la couche

-épitaxie

C’est un phénomène d’adaptation mutuelle entre deux cristaux de substances différentes, et qui, à leur interface, présentent des dispositions atomiques analogues. On peut alors, sous une forte élévation de température, déposer une couche très mince d’un matériau sur un autre (Ex: les semi-conducteurs)

Il se créée un cristal sur lequel d’autres cristaux viennent se déposer (croissance en général sous directions privilégiées) 

 

COUCHE de DEMI-ATTÉNUATION

Cela concerne un corps qui, interposé sur le trajet d'un rayonnement, en réduit l’effet de 50%   On l’exprime en kg/m² (c'est une masse surfacique)

 

COUCHE de DISPOSITION des ÉLECTRONS DANS l’ATOME :

La formule de Balmer donne l’énergie en fonction du niveau n de la couche électronique sur laquelle est l’électron dans l’atome

 

COUCHE de GLISSEMENT FLUIDIQUE

Dans un écoulement, au voisinage d’un obstacle baigné dans un flux de fluide, existe une fine couche (dite couche limite laminaire) où les phénomènes d’écoulement sont particuliers.Entre autres, il y a viscosité dynamique (frottement des couches fluides)

La loi générale est la loi de Newton (pour les fluides) à voir au chapitre "écoulements de fluides réels''

On utilise,pour le cas simplifié d’une plaque plane, la formule de Karman :

p/ ρ' = dv² + lé.v.(dv/dl)

où pc(N /m²)= cisaillement sur la paroi, dû au frottement

v(m/s)= vitesse

l(m)= abscisse

lé(m)= épaisseur de la couche limite

ρ'(kg/m3)= masse volumique du fluide

-la loi de Newton formalise le frottement des couches de fluide entre elles, dans un écoulement laminaire:

F= η.S.grad.v     Ff(N)= force de frottement dans un écoulement laminaire (des couches entre elles)

η(pl)= viscosité dynamique du fluide

S(m²)= aire de la couche qui frotte sur les autres, parallèlement à son déplacement

v(m/s)= vitesse d’écoulement

Le gradient de η est sa dérivée par rapport à la longueur

Ff est d’autant plus importante que la viscosité η est forte

 

DOUBLE COUCHE ELECTRIQUE

Voir chapitre spécial

 

DOUBLE COUCHE pour LIQUIDES

Quand un liquide est en contact avec une surface solide, il y a dissociation de quelques molécules faisant apparaître des ions, donc une différence de potentiel entre 2 couches surfaciques à l'interface.

Le calcul des éléments de cette double couche est assez bien représenté en l'assimilant à un condensateur + une résistance (en parallèle)

Les calculs sont traités dans les modèles de Helmoltz, Stern, ou Gouy-Chapman

La tension superficielle est fonction alors de ce microphénomène électrique:

W'= K + (C.E²) / 2    où W't(N/m)= tension superficielle

C(F)= capacité électrique

E(V/m)= champ d'induction électrique

y(N/m)= facteur propre aux matériaux en cause

 

FEUILLETAGE en COUCHES des SUPRACONDUCTEURS

Ces matériaux sont des céramiques, des isolants (comme Ba,Sr....), certains cuprates et des métaux (comme Ca,Cu,Y,Th...)

Un courant arrive à passer à travers 2 couches de matériaux supraconducteurs séparés par une couche très mince d’isolant: il y a effet tunnel de paires d’électrons d’un matériau à l’autre (c'est l'effet Josephson)



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