[PDF] TP : Etude expérimentale du champ scalaire de potentiel électrique





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sont perpendiculaires aux surfaces équipotentielles – Le long d'une ligne de champ le potentiel décroit forcément (sinon minimum du potentiel



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? Représenter deux équipotentielles intérieures au condensateur. 2. ? Comme précédemment représenter quelques champs électriques et quelques lignes de champ.





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[DOC] I)- But du TP : - ExoCo-LMD

A)- potentiel et champ produits par deux électrodes planes : Etude de la répartition des potentiels et champ électrique à l'intérieur d'un condensateur plan

  • Quelles sont les surfaces équipotentielles ?

    Définition : Une surface équipotentielle est le lieu des points où le potentiel a une valeur donnée. Il a la même valeur en tous les points situés à une même distance, , de cette charge. Les surfaces équipotentielles sont, dans ce cas, les sphères ayant pour centre la position de la charge.
  • Quelle est la relation entre le champ électrique et le potentiel électrique ?

    Le champ "dérive du potentiel". Le champ se dirige dans le sens des potentiels décroissants. On peut dire que le vecteur indique la direction et l'importance de la décroissance du potentiel. L'expression explique pourquoi l'unité de champ électrique est le "volt par mètre".
  • Comment calculer le potentiel électrique ?

    Méthode :

    1Lorsque le champ est connu, le potentiel peut être obtenu par la circulation du champ sur le contour le plus simple allant de l'origine des potentiels à V ( M ) = ? ? r e f M E ? . d M ? 2Le potentiel peut être obtenu par calcul direct en sommant les potentiels créés par toutes les charges de la source.
  • Le potentiel électrique (ou plus simplement potentiel) en un point d'un champ électrique correspond au travail à fournir pour transporter une charge positive unitaire depuis l'infini jusqu'à ce point (le potentiel électrique à l'infini étant par définition égal à 0). La force et le potentiel sont directement liés.
TP : Etude expérimentale du champ scalaire de potentiel électrique TP : Etude expérimentale du champ scalaire de potentiel électrique V(x,y) entre deux plaques de Cu parallèles et du champ vectoriel ⃗E(Ex,Ey)associé.

I. But du TP

Il s'agit de mesurer des différences de potentiels UCM = VC-VM = VC car on prend VM=0 car le point

M est à la masse qui est la référence 0V des potentiels électriques entre un point mobile C et un

point fixe M de l'espace où règne le champ électrique ⃗E afin de tracer les lignes joignant les positions du point C pour lesquelles UAM est constante (lignes équipotentielles). II. Dispositif expérimental (cuve rhéographique) Une cuve rhéographique contenant de l'eau de robinet est munie de 2 plaques de cuivre rectangulaires plaquées aux bords opposés de la cuve. Sous la cuve on place une feuille millimétrée. Les 2 plaques sont reliées à un générateur de tension continue de 12 V (UAB = 12 V). Un voltmètre numérique permet de mesurer UCM grâce

à une sonde plongeant dans la solution.

Ce voltmètre mesure UCM=VC-VM = VC = V(x,y)

En déplaçant la pointe dans la cuve, on change les coordonnées du point de mesure et on mesure le potentiel électrique en ce point de coordonnées x et y en volts. L'ensemble de tous les potentiels électriques de tous les points de la cuve rhéographique constitue ce que l'on appelle un " champ scalaire », en tout point on a une valeur différente du potentiel électrique et cette valeur est un nombre (scalaire) dont la valeur dépend de la position du point, sachant qu'il existe un certain potentiel en tout point de la cuve (et même en tout point de l'espace environnant).

Précautions:

- Les plaques doivent toucher le fond de la cuve. - La sonde de mesure doit être tenue verticalement.

III. Observations qualitatives :

1) Déplacer la sonde sur la surface de chacune des plaques. Noter les observations (que peut-on dire

du potentiel électrique V(xmax,y) sur la plaque positive et du potentiel électrique V(0,y) sur la plaque

négative ?).

2) Déplacer la sonde perpendiculairement aux plaques (du - vers le +). Noter les observations (que

peut-on dire du potentiel électrique V(x,y) lorsque x croît.

3) Déplacer la sonde parallèlement aux plaques. Noter les observations (que peut-on dire du

potentiel V(x=cte, y) lorsque y varie avec x restant constant.VAM AM C

COMVOxy

IV. Mesures à réaliser

Déterminer l'ensemble des points M de la cuve qui vérifient : V(x,y) = constante = k

Pour une constante k donnée, on recherchera suffisamment de points de façon à pouvoir tracer une

ligne appelée " équipotentielle » (ligne sur laquelle le potentiel électrique des points est

constant). On choisira 7 à 8 valeurs de UCM différentes, pour visualiser plusieurs équipotentielles.

Les lignes équipotentielles ainsi matérialisées appartiennent en réalité à des " surfaces

équipotentielles verticales ».

Entre 2 points quelconques de 2 surfaces équipotentielles distinctes, on peut mesurer la même

différence de potentiels (une tension électrique UAB est d'ailleurs définie comme la différence de

potentiel ou ddp entre les deux équipotentielles sur lesquelles se trouvent les points A et B, UAB=VA-

VB).

On pourra définir un autre champ, résultant du champ de potentiel électrique scalaire : le " champ

électrique vectoriel ⃗E ».

Le champ électrique ⃗E(Ex,Ey)=Ex⃗i+Ey⃗jexiste en tout point de l'espace. C'est un " champ

vectoriel » car en tout point de la cuve, il existe un vecteur champ électrique dont la direction, le

sens et la norme dépendent du point où on se trouve (il y a deux dimensions ici car la cuve est plane

mais dans le cas général, il y a trois dimensions d'espace x,y et z et trois composantes du vecteur

selon les trois axes Ex, Ey et Ez avec L'unité du champ électrique est le volt par mètre (V.m-1) pour la norme du vecteur 2+Ey 2+Ez

2ce champ est d'autant plus grand que le potentiel varie rapidement quand on

se déplace (il donne la variation du potentiel électrique en volts par unité de longueur de déplacement en mètres, c'est pour cela qu'il s'exprime en volts par mètres.

On peut définir des " lignes de champ électrique ». Ces lignes de champ électrique sont en tout

point perpendiculaires aux surfaces équipotentielles. Le vecteur champ électrique ⃗Eest en tout point tangent aux lignes de champ électrique. On peut orienter les lignes de champ de la plaque de plus haut potentiel (plaque A) vers la plaque

de plus bas potentiel (plaque M) donc dans le sens des potentiels décroissants. On doit donc flécher

les lignes de champ vectoriel. Le sens du champ ⃗Eest le même que le sens des lignes de champ

électrique.

De plus l'intensité du champ

2+Ey 2+Ez 2est d'autant plus grande que les isopotentielles sont resserrées les unes contre les autres. On a bien un champ vectoriel car en tout point, le vecteur champ électrique ⃗Epossède : -une direction (tangent aux lignes de champ électrique et orthogonal aux surfaces isopotentielles) ; -un sens (le même que celui des lignes de champ électrique, du potentiel le plus fort vers le potentiel le plus faible) ; -une intensité (d'autant plus grande que les surfaces isopotentielles sont serrées les unes contre les autres dans l'espace) V. Compte-rendu à remettre en fin de séance au professeur sur feuille double

1. Les lignes équipotentielles ou isopotentielles :

Représenter, à l'échelle, sur papier millimétré le fond de la cuve, la position des plaques des lignes

équipotentielles (intersection entre les surfaces équipotentielles et le fond de la cuve) allant de 1V

en 1V (isopotentielle de la plaque positive, isopotentielle 11V, isopotentielle 10V, isopotentielle 9V,

isopotentielle 8V, etc. jusqu'à l'isopotentielle 0V correspondant à l'isopotentielle de la plaque

négative).

2. Forme des lignes de champ :

Les lignes de champ sont en tout point perpendiculaires aux surfaces équipotentielles. Elles sont

orientées dans le sens des potentiels décroissants. Dessiner quelques lignes de champ et fléchez-les

dans le sens des potentiels décroissants.

3. Vecteurs champ électrique :

Représenter en différents points sur différentes lignes de champ électrique des vecteurs champ

électrique ⃗Een différents points de la cuve. On rappelle que ces vecteurs sont tangents aux

lignes de champ, de même sens et ont une norme dépendant de l'espacement entre les isopotentielles successives allant de 1V en 1V.

4. Norme du vecteur champ électrique :

Remplir le tableau suivant en se plaçant sur la ligne de champ médiane (horizontale au milieu de la

cuve) :

V(V)0123456789101112

x(m) Tracer la courbe V=f(x) avec V en volts et x en mètres. Donnez l'allure de cette courbe et son équation.

Remarque : normalement on doit trouver le potentiel électrique proportionnel à la distance soit :

V = Ex . x soit Ex(V.m-1)=V(V)

x(m)Ex correspond au c oefficient directeur de la droite ou dérivée de V par rapport à x. Calculez sa

valeur. Comment augmenter cette valeur (Trouvez deux moyens possibles) ?

Que peut-on dire du champ électrique

⃗Eentre les deux plaques ? Comment le qualifie-t-on ici ?V(V) x(m) 0quotesdbs_dbs32.pdfusesText_38
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