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Comment calculer champ électrostatique ?
L'équation aux dimensions du champ électrique est : [E] = M × L × I-1 × T. Les normes de ce vecteur s'expriment en volts par mètre ( V/m ) ou en newtons par coulomb ( N/C ) dans le Système international d'unités.Comment calculer l'intensité du champ électrostatique créé par un électron ?
« L'intensité de la force électrostatique entre deux charges électriques est proportionnelle au produit des deux charges et est inversement proportionnelle au carré de la distance entre les deux charges. La force est portée par la droite passant par les deux charges. »Quelle est la portée de l'interaction électrostatique ?
La définition du champ électrique implique que toute particule possédant une charge q située dans un champ électrique est soumise à une force de coulomb : De valeur F = q.E. De même direction que le champ. De même sens que le champ pour une charge positive et de sens opposé pour une charge négative.
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FORCES ET CHAMPS ELECTROSTATIQUES
I.FORCES ELECTROSTATIQUES
1.Loi de Coulomb
Cette force, à distance et répartie, est appelée force électrostatique ou force électrique
Enoncé de la loi :
Entre deux charges ponctuelles ݍ݁ݐݍǡ ‰o voÀ]U[AEOEvš(}OEܨԦൗ݁ݐܨ
directement opposées }všo[]všv]té est proportionnelle à la valeur absolue du produit de deux
charges électriques et inversement proportionnelle au carré de la distance ݎ les séparant.
ܭ est la constante de Coulomb avec ߝ
Autre unité de charge électrique :
1 microcoulomb =1 ࣆC = ି; 1 nanocoulomb =1 ݊C = ିૢ
1 picocoulomb =1 C = ି; 1 femtocoulomb =1 ݂C = ି;
࢛࢘ሬሬԦ où ݑሬԦ est un vecteur unitaire partant du point A et dirigé vers le point B
La boule est en équilibre sous
o[š]}von poids et de la tension du fil :ܶሬԦܲሬԦൌܱš}v[ }v]šZOEP
v‰‰OE}Zvšµvš}v[ }v]šZOEP [ ošOE]]š Uo‰vµo électrique dévie par rapport à la verticale.La boule est en équilibre }µo[š]}v}v‰}]Ude la tension du fil et [µvv}µÀoo(}OE due à la présence du corps chargé 2 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAA2.Caractéristiques
x Direction : La droite joignant les deux charges ponctuelles : la droite (AB) x Sens : ൏Ǣ charges de signe contraireࡲሬሬԦൗ A ࢛ሬሬԦ B ࡲሬሬԦൗ
Répulsion
൏Ǣ൏ charges de même signeA ݑሬԦ B
Attraction
x Intensité ou norme :II.CHAMPS ELECTROSTATIQUES
1.Définition :
C[est une région de l[espace où toute charge électrique q est soumise à une force électrostatique. Le
champ électrostatique noté ܧ2.Caractéristiques
x Direction : ࡲሬሬԦࢋ࢚ࡱሬሬԦ ont même directionSens : Le sens de ܧ
sens Si q: ࡲሬሬԦࢋ࢚ࡱሬሬԦ sont de sens contraire x Norme :3. Champ électrostatique crée par une charge ponctuelle q
NnGénéralisation
3 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAASi la charge source q est positive M ܧሬԦሺܯ
O q
Le champ ܧ
Si la charge source q est négative P
O q൏
Le champ ܧ
Remarque :
A la place de champ électrostatique, on parle souvent de champ électrique. En fait, un champélectrostatique est un cas particulier de champ électrique où les charges électriques sont statiques
(immobiles)4.Champ électrique crée par deux charges ponctuelles
P ࡱሬሬԦA (ݍͲሻ B (ݍ൏Ͳሻ
Principe de superposition : Le champ électrostatique total créé par deux charges ponctuelles est
la somme des deux champs individuels créés par chaque charge prise séparément. Déterminations des caractéristiques du champ électrique résultant3 méthodes : ቐ
Généralisation
4 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAA5.Lignes de champ électrostatique
Une ligne de champ est une courbe telle qu'en chacun de ses points, le champ électrostatiqueܧሬԦsoit porté par la tangente à la courbe. Les lignes de champ sont orientées dans le sens de ܧ
L[ensemble des lignes de champ est appelé spectre électrostatique Exemple du dipôle électrique : Les charges des deux sources sont égales en valeur absolueLes lignes de champ s'éloignent de la source chargée positivement et se dirigent vers la source
chargée négativement.6.Champ électrostatique uniforme
Pour obtenir un champ électrostatique uniforme, on utilise un condensateur plan. C[šµvsystème
de deux plaques métalliques parallèles, séparées par une distance ݀.Les plaques sont appelées
armatures. Chaque plaque est reliée à une borne d[µvP v OEšµOE o]ÀOEvšµvšv]}v}všvšܷ
Les lignes de champ sont parallèles, perpendiculaires aux plaques et dirigées de la plaque positive
vers la plaque négative et la norme de ܧPlaque P
Plaque N
5 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAAEXERCICES D͛APPLICATION
Exercice n°1
La somme de deux charges ponctuelles est ͺܥߤ[ooš}µu]µv(}OEíñì N. Déterminer les valeurs de ces charges sachant que les deux
charges se repoussentExercice n°2 :
Deux charges électriques ponctuelles ݍൌ͵Ͳ݊ܥ etݍൌͶͲ݊ܥ
deux points A et B distants de AB=2a= 10cm1°) Déterminer les forces qui [AEOEvšµOEµAEZOEP
2°) Déterminer les caractéristiques des vecteurs champs électrostatiques crées
a) Au milieu O du segment [AB]b) µ‰}]všE]šµ µOEoOE}]šo[AEš OE]µOE€š à 10cm de A
c) Au point P situé sur la médiatrice de [A] et à 5cm du point Od) En un point M situé à 8cm de la charge ݍ et à 6cm de la charge ݍ(méthode graphique
exigée)3°) En quel point Q de la droite AB le champ électrostatique est-il nul ? On posera QB = x et on
déterminera la valeur de x K=9 109SIExercice n°3 :
Une petite sphère de centre S est attachée au point O par un fil isolant de masse négligeable et de
o}vPµµOEKAðì cm. La sphère de masse m=50mg porte la charge électrique q1°) On la soumet à un champ électrostatique uniforme ܧ
ci-}µX>(]o[]vo]vo}OE[µvvPorAí죉OEOE‰‰}OEšoÀOEš]oXv µ]OEoÀoµOEo
charge électrique q. On donne : intensité du champ électrostatique E =ͳͲଷܸ2°) On superpose au champ électrostatique précédent un autre champ uniforme vertical ܧ
}]Àvš!šOEovšo[]všv]š µ champ ܧᇱሬሬሬሬԦ ‰}µOE'µo(]o[]vo]v[µvvPoߙ
ï£YµooOE]šo[]vo]v]}vߙᇱᇱµ(]o]o[}vZngeait le sens du champ ܧ
intensité ?Plaque
P ()
Plaque N (െሻ
dLignes de champs
O r (S) 6 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAAExercice n°4 :
En deux points A et B distants de 2a=20cm, sont placées respectivement deux charges ponctuelles qA = qB= q= -10nC1°) Calculer le module E du champ électrostatique en un point P situé sur la médiatrice de AB, en
(}vš]}vAEADWUD švšou]o]µXKv}vvOEo[AE‰OE]}vo]šš OEo2°) Pour quelle valeur de x a-t-on E maximum ? Calculer Emax
ï£}vvOEo[ooµOEo(}vš]}vA(~AE
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