Cours LP203 – 2012-2013 – Chapitre 4 – Le dipôle électrostatique 11/15 Calculons l'énergie potentielle du dipôle (énergie qu'il possède du fait de son
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Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 4/15 PM " r2 Ð r a cos, = r 1 Ð ar cos, On effectue un dveloppement limit au 1er ordre : (1 Ð x)-# = 1 + x2 dÕo 1PM = 1r 1 1 Ð ar cos, = 1r -../0112 1 + a cos,2r De mme pour NM : NM = NM"θ = OM"θ Ð ON"θ = OM2 Ð 2OM"θθON"θ + ON2 = r2 + r a cos, + a24 NM = r 1 + ar cos, dÕo 1NM = 1r 1 1 + ar cos, = 1r -../0112 1 Ð a cos,2r Finalement : &''()**+1PM Ð 1NM = a cos,r2 dÕo : V(M) = q a cos,4$%0 r2
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 6/15 On peut encore rcrire lÕexpression du champ lectrique en fonction de pθ. Dans la base (eθr,eθθ), pθ sÕexprime : pθ = p cos, eθr Ð p sin, eθθ 4 p sin, eθθ = p cos, eθr Ð pθ En introduisant cette galit dans lÕexpression de Eθ, il vient : Eθ(r,,) = 14$%0 r3 &'()*+ 3 p cos, eθr Ð pθ N P eθr eθθ eθr eθθ eθr eθθ eθr eθθ , = $/2 , , = $/2 , = $ , = 0 pθ Eθ Eθ Eθ Eθ N P , eθr eθθ pθ
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 7/15 Eθ(r,,) = 14$%0 r3 &'()*+ 3 (pθθeθr) eθr Ð pθ Il est recommand dÕaller voir les simulations accessibles aux adresses suivantes : http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/dipole1.html http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/dipole.html http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/tripole.html et plus gnralement toutes les simulations accessibles depuis : http://subaru2.univ-lemans.fr/enseignements/physique/02/electri/menuelec.html
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 8/15 Equipotentielles : Elles sont dfinies par lÕquation V(M) = q a cos,4$%0 r2 = Cte Soit r 2 = Kθcosθ Lignes de champ : Elles sont dfinies par lÕquation d$θ 5 Eθ = 0θ Soit r = Kθsin2θ
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 9/15 Les quati ons dfinissant les lignes de ch amp et les quipotentielles ne sont valables que pour r >> a. La partie centrale de chaque figure est grise car dans cette rgion, les quations prcdentes ne sont plus valables. Pour une description plus prcise des lignes de champ et des quipo tentielles, il faut calculer numriquement les valeurs en chaque point :
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 12/15 Donc lÕnergie potentielle du diple est : Ep = Ð q E (xP Ð xN) Avec xP Ð xN = NP cos, DÕo Ep = Ð q NP E cos, Soit, sous forme vectorielle : Ep = Ð pθ θ Eθ Ep Minimum de potentiel θ quilibre stable Maximum de potentiel θ quilibre instable Ð + Eθ Ð + ,
Cours LP203 Ð 2012-2013 Ð Chapitre 4 Ð Le diple lectrostatique 15/15 LÕnergie potentielle de ce diple plac dans un champ non uniforme est : Ep = q [ V(P) Ð V(N) ] avec V(P) = V(N) + 9V"θθNP"θ dÕo : Ep = q NP"θθ9V"θ Ep = Ð pθθEθ(O) Encore une fois, on suppose que les variations du potentiel sont faibles sur les distances caractristiques du diple et que 9V"θ est correctement approxim par Eθ(O), le champ rgnant au point O. LÕaction dÕun champ non uniforme Eθ(O) N P +qEθ Q ¥ Ð qEθ + O ¥ Ð
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