[PDF] Cours dElectrostatique Filière STPI Pr. Rachid MALEK





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COURS DELECTROSTATIQUE Plan

Attraction de corps légers avec des corps frottés …. CHAMP ELECTRIQUE - POTENTIEL ELECTRIQUE. Cours Electrostatique – Charge électrique Potentiel électrique - 4.



Cours dElectrostatique-Electrocinétique

Energie potentielle électrostatique a. Energie électrostatique d'une charge ponctuelle b. Energie électrostatique d'un ensemble de charges ponctuelles.



Electrostatique et Magnetostatique : Notes du cours

Jan 25 2013 Pourquoi faire et à quoi ça sert ? Electrostatique. 1. Courants électriques



cours electrostatique 301

Electrisation d'un corps. • Excès d'électrons (-): corps électrisé négativement. • Carence en électrons (+) : ' ' positivement.



Cours dElectrostatique Filière STPI Pr. Rachid MALEK

Energie électrostatique d'un ensemble de charges ponctuelles Nous verrons plus loin lors du cours sur le champ magnétique



electrostatique-electrocinetique.pdf

fondamentaux du cours illustrés par quelques exemples classiques et accompagné par des exercices d'application dont une partie est tirées des sujets de 



26 - Electrostatique : Cours

Le cadre de l'électrostatique est tel que les sources du champ électrique sont des charges. IMMOBILES dans le référentiel d'étude. Le chapitre suivant sera 



Cours dElectrostatique-Electrocinétique

Université Joseph Fourier. DEUG SMa. Cours d'Electrostatique-Electrocinétique. Jonathan Ferreira. Année universitaire 2001-2002 



RAPPELS ET COMPLÉMENTS DÉLECTROSTATIQUE ?

plan du cours d'électromagnétisme. RAPPELS ET COMPLÉMENTS. D'ÉLECTROSTATIQUE 1) Champ électrostatique créé par une charge ponctuelle :.



Chapitre 1 :Le champ électrostatique

4.0 International”. https://www.immae.eu/cours/ B) Le champ électrostatique macroscopique ?d. On a. 3. 0 . 4. 1 r r d.

Cours dElectrostatique Filière STPI Pr. Rachid MALEK

Université Mohammed Premier

Ecole Nationale des Sciences Appliquées - Oujda Filière STPI (1ère année) Prof. R. MALEK 2018/2019

Cours dElectrostatique

Filière STPI

Pr. Rachid MALEK

I- Le champ électrostatique

1. Notions générales

a. Phénomènes électrostatiques b. Structure de la matière c. Les divers états de la matière d. Matériaux isolants et conducteurs

2. Force et champ électrostatiques

a. La force de Coulomb b. Champ électrostatique créé par une charge ponctuelle c. Champ créé par un ensemble de charges d. Propriétés de symétrie du champ électrostatique II- Lois fondamentales de lélectrostatique

1. Flux du champ électrostatique

a. Notion dangle solide b. Le Théorème de Gauss c. Exemples dapplication d. Lignes de champ

2. Circulation du champ électrostatique

a. Notion de potentiel électrostatique b. Potentiel créé par une charge ponctuelle c. Potentiel créé par un ensemble de charges

3. Le dipôle électrostatique

a. Potentiel créé par deux charges électriques b. Champ électrostatique créé à grande distance c. Complément : développements multipolaires

III- Conducteurs en équilibre

1. Conducteurs isolés

a. Notion déquilibre électrostatique b. Quelques propriétés des conducteurs en équilibre c. Capacité dun conducteur isolé d. Superposition détats déquilibre

2. Systèmes de conducteurs en équilibre

a. Théorème des éléments correspondants b. Phénomène dinfluence électrostatique c. Coefficients dinfluence électrostatique

3. Le condensateur

a. Condensation de lélectricité b. Capacités de quelques condensateurs simples c. Association de condensateurs

IV- Energie et actions électrostatiques

1. Energie potentielle électrostatique

a. Energie électrostatique dune charge ponctuelle b. Energie électrostatique dun ensemble de charges ponctuelles c. Energie électrostatique de conducteurs en équilibre d. Quelques exemples

2. Actions électrostatiques sur un conducteur en équilibre

a. Notions de mécanique du solide b. Calcul direct des actions électrostatiques sur un conducteur chargé c. Calcul des actions électrostatiques à partir de lénergie d. Exemple du condensateur e. Exemple du dipôle

Formulaire d'électrostatique

Champ électrostatique

Créé par une particule:

EMq ru()=1 4 02

Créé par n charges ponctuelles:

EMq ru i i i in 1 4 02 1 Créé par une distribution continue:EM dEM dEMdq ru() () ()== avec 1 4 02

Distributions de charges :

linéique: dq = dl surfacique: dq = d S volumique: dq = d 2 3 V

Potentiel électrostatique

Créé par une charge ponctuelle

VMq rV()=+1 4 00

Créé par n charges ponctuelles

VMq rV i i in 1 4 010

Créé par une distribution continue

VMdq rV()=+ 1 4 00

Conducteurs en équilibre

Champ à proximité (Th de Coulomb) :

En=

0Capacité d'un conducteur isolé :

CQ V= où Q = d S 2

Surface

Coefficients dinfluence (n conducteurs) :

QCV CC

iijj jn ij ji 1 avec

Capacité dun condensateur

CQ

UUVV==Š où

12

Propriétés fondamentales

Flux (Th. de Gauss) :

EdSQ Sint 0

Circulation :

VA VB Edl E V

AB grad

Energie potentielle électrostatique

D'une charge ponctuelle :

WqV e

D'un conducteur isolé :

WQVCV e ==1 21
22

D'un système de n conducteurs :

WQV e in ii 1 2 1

Force électrostatique

Sur une particule chargée (Coulomb)

FqE=

Sur un conducteur en équilibre

FdF EdSPdSn

Sext SS 222

Expression via l'énergie (condensateur)

FWUC e grad grad 2 2

Dipôle électrostatique

Moment dipolaire électrique :

pqd=

Potentiel à grande distance :

VMpu()=

4 02

Energie électrostatique

WpE eext

Force et moment électrostatiques

Fgrad p E p E

ext ext = et 1

Chapitre I- Le champ électrostatique

I.1- Notions générales

I.1.1- Phénomènes électrostatiques : notion de charge électrique

Quiconque a déjà vécu lexpérience désagréable dune " décharge électrique » lors dun

contact avec un corps étranger connaît un effet électrostatique. Une autre manifestation de

lélectricité statique consiste en lattraction de petits corps légers (bouts de papier par ex.)

avec des corps frottés (règles, pour continuer sur le même ex.). Ce type de phénomène est

même rapporté par Thalès de Milet, aux alentours de 600 av. J.-C. : il avait observé lensemble de ces manifestations, provient de " elektron », qui signifie ambre en grec.

Létude des phénomènes électriques sest continuée jusquau XIXème siècle, où sest

élaborée la théorie unifiée des phénomènes électriques et magnétiques, appelée

électromagnétisme. Cest à cette époque que le mot " statique » est apparu pour désigner les

phénomènes faisant lobjet de ce cours. Nous verrons plus loin, lors du cours sur le champ

magnétique, pourquoi il en est ainsi. On se contentera pour linstant de prendre lhabitude de

parler de phénomènes électrostatiques. Pour les mettre en évidence et pour apporter une interprétation cohérente, regardons deux expériences simples.

Expérience 1 :

Prenons une boule (faite de sureau ou de polystyrène, par ex.) et suspendons-la par un fil.

Ensuite on approche une tige, de verre ou dambre, après lavoir frottée préalablement : les

deux tiges la boule.

Par contre, si lon approche simultanément les deux tiges côte à côte, rien ne se passe.Verre ou Ambre++++++++++

Verre Ambre Tout se passe donc comme si chacune des tiges était, depuis son frottement, porteuse

délectricité, mais que celle-ci pouvait se manifester en deux états contraires (car capables

dannuler les effets de lautre). On a ainsi qualifié arbitrairement de lélectricité

contenue dans le verre (frotté avec de la soie), et de celle portée par lambre (idem, ou encore du plastique frotté avec de la fourrure). 2

Expérience 2 :

Prenons maintenant deux boules A et B, préalablement mises en contact avec une tige frottée

(elles sont " électrisées »), et suspendons-les côte à côte. Si elles ont été mises en contact

toutes deux avec une tige de même matériau, elles se .

Par contre, si elles ont été mises en contact avec des tiges de matériau différent (ex. A avec du

verre frotté et B avec de lambre frotté), alors elles . Si, du fait de leur attraction, elles viennent à se toucher, on observe quelles perdent alors toute électrisation : elles prennent une position déquilibre vis-à-vis du leur poids. Cette expérience est assez riche. On peut tout dabord en conclure que deux corps portant une

électricité de même nature (soit positive, soit négative) se repoussent, tandis quils sattirent

sils portent des électricités contraires.

Mais cette expérience nous montre également que cette électricité est capable, non seulement

dagir à distance (répulsion ou attraction), mais également de se déplacer dun corps à un

autre. Mais alors quest-ce qui se déplace ?

Si lon suspend les boules à une balance, même très précise, nous sommes incapables de

détecter la moindre variation de poids entre le début de lexpérience et le moment où elles

sont électrisées. Pourtant, le fait quil soit nécessaire quil y ait un contact entre deux

matériaux pour que lélectricité puisse passer de lun à lautre, semble indiquer que cette

électricité est portée par de la matière.

On explique lensemble des effets délectricité statique par lexistence, au sein de la matière,

de particules portant une charge électrique q, positive ou négative, et libres de se déplacer.

Cest Robert A. Millikan qui a vérifié pour la première fois en 1909, grâce à une expérience

mettant en jeu des gouttes dhuile, le fait que toute charge électrique Q est quantifiée, cest à

dire quelle existe seulement sous forme de multiples dune charge élémentaire e, indivisible

(Q=Ne). La particule portant cette charge élémentaire est appelée lélectron.

Dans le système dunités international, lunité de la charge électrique est le Coulomb

(symbole C). Des phénomènes délectricité statique mettent en jeu des nanocoulombs (nC)

voire des microcoulombs (µC), tandis que lon peut rencontrer des charges de lordre du

Coulomb en électrocinétique.

3 Lensemble des expériences de la physique (et en particulier celles décrites plus haut) ne

peuvent sexpliquer que si la charge électrique élémentaire est un invariant : on ne peut ni la

détruire ni lengendrer, et ceci est valable quel que soit le référentiel. Cest ce que lon décrit

par la notion dinvariance relativiste de la charge électrique.

I.1.2- Structure de la matière

La vision moderne de la matière décrit celle-ci comme étant constituée datomes. Ceux-ci

sont eux-mêmes constitués dun noyau (découvert en 1911 par Rutherford) autour duquel

" gravite » une sorte de nuage composé délectrons et portant lessentiel de la masse. Ces

électrons se repoussent les uns les autres mais restent confinés autour du noyau car celui-ci

possède une charge électrique positive qui les attire. On attribue cette charge positive à des

particules appelées protons. Cependant, le noyau atomique ne pourrait rester stable sil nétait

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