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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 ݍ஺݁ݐݍ஻ǡ ‰o voÀ]U[AEOEvš(}OEܨԦ஺஻ൗ݁ݐܨ

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]}von poids et de la tension du fil :ܶሬԦ௢൅ܲሬԦൌܱ

š}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 }µo[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 AAMMAA

2.Caractéristiques

x Direction : La droite joignant les deux charges ponctuelles : la droite (AB) x Sens : ࢗ࡭൏૙Ǣࢗ࡮൐૙ charges de signe contraire

ࡲሬሬԦ࡮࡭ൗ A ࢛ሬሬԦ B ࡲሬሬԦ࡭࡮ൗ

Répulsion

ࢗ࡭൏૙Ǣࢗ࡮൏૙ charges de même signe

A 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 ܧ

2.Caractéristiques

x Direction : ࡲሬሬԦࢋ࢚ࡱሬሬԦ ont même direction

Sens : Le sens de ܧ

sens Si q൐૙: ࡲሬሬԦࢋ࢚ࡱሬሬԦ sont de sens contraire x Norme :

3. Champ électrostatique crée par une charge ponctuelle q

Nn

Généralisation

3 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAA

Si 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 champ

électrostatique est un cas particulier de champ électrique où les charges électriques sont statiques

(immobiles)

4.Champ électrique crée par deux charges ponctuelles

P ࡱሬሬԦ

A (ݍ஺൐Ͳሻ 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 résultant

3 méthodes : ቐ

Généralisation

4 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAA

5.Lignes de champ électrostatique

Une ligne de champ est une courbe telle qu'en chacun de ses points, le champ électrostatique

ܧሬԦsoit 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 absolue

Les 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}všvšܷ

Les lignes de champ sont parallèles, perpendiculaires aux plaques et dirigées de la plaque positive

vers la plaque négative et la norme de ܧ

Plaque P

Plaque N

5 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAA

EXERCICES D͛APPLICATION

Exercice n°1

La somme de deux charges ponctuelles est ͺܥߤ

[ooš}µu]µv(}OEíñì N. Déterminer les valeurs de ces charges sachant que les deux

charges se repoussent

Exercice n°2 :

Deux charges électriques ponctuelles ݍ஺ൌ͵Ͳ݊ܥ etݍ஻ൌͶͲ݊ܥ

deux points A et B distants de AB=2a= 10cm

1°) Déterminer les forces qui [AEOEvšµOEµAEZOEP

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 O

d) 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 109SI

Exercice 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 q

1°) On la soumet à un champ électrostatique uniforme ܧ

ci-}µX>(]o[]vo]vo}OE[µvvPorAí죉OEOE‰‰}OEšoÀOEš]oXv µ]OEoÀoµOEo

charge électrique q. On donne : intensité du champ électrostatique E =ͳͲଷܸ

2°) On superpose au champ électrostatique précédent un autre champ uniforme vertical ܧ

}]Àvš!šOEovšo[]všv]š µ champ ܧᇱሬሬሬሬԦ ‰}µOE'µo(]o[]vo]v[µvvPoߙ

ï£YµooOE]šo[]vo]v]}vߙᇱᇱµ(]o]o[}vZngeait le sens du champ ܧ

intensité ?

Plaque

P (൅)

Plaque N (െሻ

d

Lignes de champs

O r (S) 6 Forces et champs électrostatiques 1S1 LSIRL 2019.2020 AAMMAA

Exercice n°4 :

En deux points A et B distants de 2a=20cm, sont placées respectivement deux charges ponctuelles qA = qB= q= -10nC

1°) 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 OEo

2°) Pour quelle valeur de x a-t-on E maximum ? Calculer Emax

ï£}vvOEo[ooµOEo(}vš]}vA(~AE

Exercice n°5 :

Un fil de torsion en argent, de constante de torsion C=13,5.10-7N.m.rad-1, supporte une barre isolante

horizontale de longueur KAïì cm en son milieu O. La barre porte à ses extrémités deux petites

sphères ponctuelles A et B porteuses de charges électriques ݍଵ et ݍଶ avec ݍଵ = - ݍଶ= q ൌͳ݊ܥ

Le pendule de torsion ainsi constitué est placé entre deux plaques conductrices planes et parallèles

ܲଵ݁ݐܲଶ ]švšo[µvo[µšOEAîìuX>}OE'µo‰o'µܲଵ݁ݐܲ

neutres, la barre AB est paralooµAE‰o'µšo(]ov[š‰š}OEµX On branche les plaques ܲଵ et ܲ

µAE}OEv[µvP v OEšµOE Haute tension. Elles portent respectivement les charges ܳଵ et ܳ

telles ܳଵ = - ܳ horizontale

í£/ooµšOEOE‰OEµvZ uo]OEUo[]všOEš]}vvšOEo‰o'µchargées et le dipôle (ensemble formé

par les charges ݍଵ etݍଶሻ. &]OE(]PµOEOEo[vPoršo(}OEܨԦଵ et ܨ

2°) D}všOEOE'µo[š]}vµZu‰ ošOE]'µµOEo]‰€oOE µ]šµv}µ‰o(}OE ošOE]'µ

ï£v‰‰o]'µvšošZ }OEuu}uvšUAE‰OE]uOEo[]všv]š µZu‰ ošOE}šš]'µvšOE

les plaques supposées uniforme en fonction de C, rU'UKXv µ]OEo[AE‰OE]}vo](( OEv potentiel (ddp) U=UP1P2 v(}vš]}vUrUU'UKXoµoOEoÀoµOEvµu OE]'µh

FIN du cours

1 Travail de la force électrostatique-Energie potentielle électrostatique 1S1 LSIRL 20/21 AAMMAA TRAVAIL DE LA FORCE ELECTROSTATIQUE-ENERGIE POTENTIELLE ELECTROSTATIQUEquotesdbs_dbs2.pdfusesText_3

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