CHAPITRE IV : La charge électrique et la loi de Coulomb
Des électrons de même charge que les protons
Introduction à lElectromagnétisme
2.1.1 Phénomènes électrostatiques : notion de charge électrique . Il s'avère que toute l'électrostatique du vide peut être formulé en termes d'équations ...
CHAPITRE V : Le champ électrique
d'essai positive q et on regarde la force de Coulomb F qui s'exerce sur elle due à la présence des charges électriques environnantes qui créent le champ
Chapitre 1.1a – La charge électrique
de la charge qui applique la force et la position q r v de la particule qui subit la force et d'appliquer la formule suivante :.
CHAPITRE X : Les condensateurs
Les condensateurs permettent d'emmagasiner des charges électriques et donc de l' armature portant une charge –Q repousse les électrons de l'armature ...
Electromagnétisme A Particule chargée dans un champ électrique
Une particule de charge q mobile de vitesse v
Courant alternatif puissances active et réactive
https://negawatt.org/IMG/pdf/fiche_puissances_en_alternatif.pdf
Chapitre 4 - Courant ´electrique
Par définition le courant électrique est le taux de transport de charges électrique `a travers une surface spécifiée. ?I ?. ?Q. ?t.
Chapitre 1.2 – La loi de Coulomb
électrique que s'exercent deux charges électriques immobiles disposées sur Évaluons la force électrique à l'aide de la formule suivante modifiée2 :.
Formulaire de physique-1.pdf
Formules de physique à l'usage du secondaire Q : charge à l'origine du champ électrique ... puissance électrique P (W). U : tension (V).
[PDF] CHAPITRE IV : La charge électrique et la loi de Coulomb - IIHE
Des électrons de même charge que les protons en valeur absolue mais de signe opposé en nombre égal aux protons forment la structure extérieure de l'atome
[PDF] Chapitre 11a – La charge électrique - Physique
L'unité utilisée pour mesurer la charge électrique est le coulomb (symbole : C) Toutes les particules qui possèdent une charge électrique peuvent subir des
[PDF] Chapitre 12 – La loi de Coulomb - Physique
/1 r F ? : La force électrique est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges k F ? e : La force électrique est
[PDF] Electromagnétisme A Particule chargée dans un champ électrique
Une particule de charge q mobile de vitesse v plongée dans un champ électrique E et dans un champ magnétique B subit la force de Lorentz: F = q (E + v ? B)
[PDF] Chapitre EM4 : Electrocinétique - Lycée ARAGO
Et si q est la charge d'un porteur ?v = n?q est la densité volumique de charges Exemple : dans le cas du cuivre de masse volumique µv = 8960 kg m?3 et
[PDF] Chapitre 7 :Distribution de charges et de courants - Melusine
1) Densité volumique de charge ? ? = ? di i q La formule de composition des vitesses n'est pas valide Un champ électrique E
[PDF] Chapitre 4 - Courant ´electrique
Par définition le courant électrique est le taux de transport de charges électrique `a travers une surface spécifiée ?I ? ?Q ?t (4 1) Le courant
[PDF] 1 Quantité délectricité 2 Intensité du courant électrique t 3
2 Intensité du courant électrique L'intensité du courant électrique est le quotient de la quantité d'électricité Q par la durée t de passage du courant
[PDF] champ magnétique - Charge électrique – loi de Coulomb
La Loi de Biot et Savart indique que le champ magnétique créé au point M par le courant I circulant dans le circuit (c) est donné par l'intégrale : Page 14 14
Charge électrique - Wikipédia
La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui lui permet d'interagir Par suite 1 C = 1 A s et la charge électrique Q a pour dimensions [Q]=
Quelle est la formule de la charge Q ?
Toute charge électrique est un multiple de la charge élémentaire. Exemple : La charge d'une mole d'électrons est q = NA × qe = 6,02.1023 × (–1,6.10-19) = 96 320 C. Puisque la matière est électriquement neutre, J.J.Comment calculer la capacité Q ?
On calcule simplement le courant en divisant une quantité de charge par le temps de la mesure de la charge. Le courant peut être calculé en utilisant la formule = , avec qui représente le courant, qui représente la charge, et qui représente le temps.
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Electromagnétisme A
Particule chargée dans un champ électrique et dans un champ magnétiqueSommaire
Force de Lorentz
Travail, puissance de la force de Lorentz et énergie mécaniqueApplication: le canon à électrons
Equations horaires du mouvement d"une charge dans un champ électrique constant Applications: écran cathodique, expérience de Millikan de quantification de la charge Particule chargée dans un champ magnétique: pulsation et rayon de giration Applications: effet miroir, séparation isotopique, chambre à bulles, cyclotron, synchrotron Equations horaires du mouvement d"une charge dans un champ magnétique constantApplication: guidage des particules en mouvement
Oscillateur harmonique dans un champ magnétique: effet Zeeman Oscillateur harmonique excité par une onde électromagnétique: profil d"amortissement en fréquence, raies spectrales I - Force de Lorentz subie par une charge dans un champ électrique et dans un champ magnétique Une particule de charge q mobile, de vitesse v, plongée dans un champ électrique Eet dans unchamp magnétique B, subit la force de Lorentz:F= q (E+ vLB)Permet de définir la nature du champ électrique Eet du champ magnétique Bpar leur action sur
une charge q q E= force électrique , colinéaire au champ électrique (opposée ou même sens selon signe de q). q vLB= force magnétique , orthogonale à la fois à la vitesse vet au champ magnétique B.Rappel sur le produit vectoriel:
||vLB|| = v B |sin(v,B)|Si v= 0ou si v// B, pas de force magnétiqueUnités: Fen N, Een V/m; Ben T; q en C; ven m/s.
Rappel: charge élémentaire
e = 1.6 10 -19C; proton: charge +e, électron: charge -e.
Dans tout le cours, les vecteurssont en caractères gras vLBorthogonal au plan (v, B) Règle de la main droitevers vous opposé II - Travail de la force de Lorentz et énergie mécanique Le travail élémentaire d"une force Fappliquée en M est le produit scalaire dW= F.dOM(unité: Joule) oùdOMest un déplacement élémentaire La puissance de la force Fest P= dW/dt = F.v avec v= dOM/dt (vecteur vitesse)F.v= q (E+ vLB).v
comme(vLB).vest un produit mixte nul (vorthogonal àvLB), alors La force magnétique ne travaille pas; seule la force électrique travailleLa puissance de la force de Lorentz est
P= q E.v
(unité: W) vB vLB Bv vLB pouceindex majeurpouce index majeur Si m désigne la masse de la particule, le PFD implique: m dv/dt = q E+ q (vLB) Effectuons le produit scalaire avec v: d(½ m v²)/dt = q E.vSi Edérive du potentiel électrostatique V
(unité: Volt), on a E= -grad(V) or dV= grad(V).dOM (par définition) d"où dV/dt = -E.vDonc la quantité E
m= ½ m v² + q V est conservéeC"est l"énergie mécanique
de la particule chargée. E c= ½ m v²est l"énergie cinétique et E p= q V est l"énergie potentielle (unité: Joule).Remarque: en présence de frottements, E
mn"est plus conservée et diminue.Application: le canon à électrons (accélération)Métal chauffé(cathode temp T) potentiel
V = 0Vitesse
d"émission thermique desélectrons
v0Émission
d"électronsPotentiel
V > 0Vitesse des
électrons
v à déterminer½ mv² - e V = ½ mv
0² + 0 = constante
Comme v0<< v v = (2 e V / m) 1/2V = 10 000 V
v = 0.2 C½ mv
0² = 3/2 k T (k constante de Boltzman) v
0= (3 k T / m)
1/2T = 1000 K v
0= 0.0007 C
v0<< CAccélération
E III - Mouvement d"une particule chargée dans un champ électrique constantLa particule de charge q et de masse m est soumise à la seule force électrique F= q E, oùEest
invariable dans l"espace et dans le tempsLe PFD s"écrit:
m d²OM/dt² = m dv/dt = F= q EL"accélération est
q E / m ce qui s"intègre vectoriellement et donne les équations horaires v(t) = dOM/dt = (q E / m) t+ v 0 oùv0est la vitesse initiale
de la charge.OM(t) = (½ q E / m) t²+ v
0t + OM
0 où M0est la position initiale
de la charge. Conclusion: le champ électrique accélère ou ralentit une charge dans son mouvement (dépend du sens de la force q Epar rapport àv 0) v0F = qE
mouvement accéléréF = qE
mouvement ralenti Exemple:la charge a pour coordonnées [x(t), y(t)] et pour vitesse [v x(t), v y(t)] dans le repère (xOy); en t=0, elle est au point O et possède la vitesse initiale v 0[v0cos(α), v
0 sin(α)]
vx(t) = v0cos(α) mouvement à vitesse constante
selon Ox v y(t) = (q E /m) t + v0 sin(α) mouvement accéléré ou ralenti
selon Oy x(t) = v0cos(α) t
y(t) = (½ q E / m) t² + v0sin(α) t
équation de la trajectoire:
y = (½ q E / m) (x / v0 cos(α))² + x tan(α)
Il s"agit d"une parabole. Si α= 0 (Eorthogonal àv0), y = (½ q E / m v
0² ) x²
Application1 : oscilloscope à écran cathodiqueEest créé par des plaques parallèles
distantes de d, de longueur l et de différence de potentiel U x = (½ q E x/ m v0²) l² où E
x= U x/d y = (½ q E y/ m v0²) l² où E
y= U y/d x, y proportionnels àU x, U yCi contre: variété de courbes de
Lissajous obtenues en appliquant
aux plaques de déflexion x et y les tension U x= cos(p t)Uy=sin(q t)
Pour p, q entiers (p = q donne un
cercle)Plaques de déflexion
E x E yl l Application 2: expérience de Millikan sur la quantification de la charge mgq E V>0 EV=0Goutte sphérique d"huile
rayon r, densitér charge q < 0 -6phr vPFD: m dv/dt = (4/3pr
3r) g - 6phr v +q E = 0 à l"équilibre poids force de frottement force électriqueE = -Ee
z6phr v = (4/3 pr
3 r) g + q E
v z= -(1/6phr ) (4/3 pr3 rg+ q E)
1)E = V/d = 0
la mesure de v zdonne le rayon r de la goutte2) On fixe E = V/d tel que
vz= 0 q = - 4/3 pr3 rg / E
Résultat: on trouve statistiquement que la charge q est multiple d"une même quantité, la charge de l"électron - e = - 1.6 10 -19 C v d liquide visqueux z IV - Mouvement d"une particule chargée dans un champ magnétique; pulsation gyromagnétique et rayon de girationLe PFD s"écrit:
m dv/dt = q vLB Le produit scalaire avec vdonne d(½ m v²) /dt = 0.L"énergie cinétique de la particule est constante. La norme ||v|| du vecteur vitesse est invariable.Supposons Binvariable dans le temps.
Considérons dérivée du produit scalaire v.Bpar rapport au temps: d(v.B)/dt = dv/dt . B= q/m (vLB) . B = 0 puisque vLB etB sont orthogonaux. On en déduit que le produit scalaire v.Best invariable dans le temps .v B vLB orthogonal au plan(v, B)Posons:
v = v //+ v v//dans la direction du champ magnétique v┴dans le plan orthogonal au champ Conséquence pour un champ magnétique uniforme et constant v//B = constante v// = constante v² = v //² + v ┴² = constante v┴= constante Si v //= 0 alors m v ┴²/ R = q v ┴B v ┴= ΩRLe mouvement est plan et circulaire
de rayon de courbureR = |v
La quantitéΩ=|q B / m| porte le nom de pulsation gyromagnétiqueC"est une vitesse angulaire
(unité: rd/s) de rotation dans un plan orthogonal au champ B. Si v //est non nulLe mouvement est une hélice de rayon R
dont l"axe est la direction du champ magnétique; son pas est h = v //T = v //(2π/Ω); la vitesse de dérive sur l"axe de l"hélice est v Conclusion: les charges sont déviées et guidées par un champ magnétique. L"énergie cinétique de la particule ne varie pas. B v// v┴hApplications: 1 - le phénomène de piégeage de charges par miroir magnétique dans la couronne solaire
A la surface du Soleil, le phénomène de miroir magnétique se produit lorsqu"une particule chargée se déplace d"une zone de champ magnétique B faible (sommet d"une arche magnétique) vers ses pieds d"ancrage où B est fort . La vitesse de dérive v //, maximale au sommet de l"arche, diminue vers ses pieds, peut s"annuler et s"inverser.2 - séparation isotopique
par un champ magnétiquePour q, B, v
0donnée,
R proportionnel à la masse m
(les isotopes diffèrent par le nombre de neutrons) m 1 m 2B faible
B fortB v// = cte
R = m |v
0/ q B|
B fort
3 - la chambre à bulles en physique des particulesPFD: m dv/dt = q (vLB) - k v
Vitesse initialev
0selon Oy
Trajectoire incurvée en présence
de champ magnétiqueMouvement freiné par le fluide,
frottement - k v avec formation de bulles sur la trajectoire par vaporisation (la puissance dissipée - k v² provoque le changement d'état)Mesure de la vitesse initiale v
0 et de la charge q q fort ou m faible (électrons)q faible ou m fort (noyaux)v0 Ω=|q B / m| (B donné) fluideChambre de Wilson du
laboratoire Leprince Ringuet des rayons cosmiques (gerbes de particules secondaires issues de collisions entre particules galactiques et l"atmosphère).Col du Midi à 3600 m d"altitude
(massif du Mont Blanc) Ω=|q B / m|les trajectoires sont d"autant plus incurvées que la masse m est petite et la charge q grande à B donné4 - cyclotron/synchrotron: accélérateur de particules
Accélération
par un champélectrique
Déviation
par un champ magnétique½ m v
n+1²- ½ m v
n²= q DVZone de déviation par
champ magnétiqueCyclotron
B constant
Ω=q B / m constant R n= v n/ΩaugmenteSynchrotron
R = v n/Ω nconstant n= v n/R augmente B n= Ω n (m/q) augmenteZone d"accélération
par champ électrique (tension DV) vnaugmente V - Mouvement d"une particule chargée dans un champ magnétique uniforme; équation horaire Particule de charge q et de masse m à l"origine O du repère, et de vitesse initiale v0 contenue dans le plan
(yOz), de coordonnées (0, v0cosα, v
0sinα). En t, la
particule est en M ( x(t), y (t), z(t) ). Le principe fondamental de la dynamique s"écrit: m dv/dt = q vLB, équation que l"on projette sur les 3 axes.Selon Ox: m d²x/dt² = q B dy/dt (1)
Selon Oy: m d²y/dt² = - q B dx/dt (2)
Selon Oz: m d²z/dt² = 0 (3)
(3) donne la vitesse et le mouvement selon Oz: dz/dt= v0sinα= constante, et z(t) = v
0sinαt
Le mouvement se fait à vitesse constante
(v0 sinα ) dans la direction du champ magnétique dx/dt = v0cosαsin(ωt)
dy/dt = v0cosαcos(ωt) Les deux premières équations donnent la vitesse et le mouvement dans le plan xOy:
ω= q B / m est la pulsation gyromagnétique Dans le plan orthogonal au champ magnétique, la vitesse est constante (v0 cosα x(t) = v0cosα(1 - cos(ωt)) / ω
y(t) = v0cosαsin(ωt) / ω équation de la trajectoire dans le plan xOy: (x - v0cosα/ ω)² + y² = (v
0cosα/ ω)²
C"est un cercle
quotesdbs_dbs28.pdfusesText_34[PDF] force électrique formule
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