Connaître le champ électrostatique

Merci !

Fiches
Classe(s) : 1re S | Thème(s) : Champs et forces 


Rappels de cours

1 Champ et force

► Une particule chargée crée, en tout point de l’espace, un champ électrostatique E qui ne peut être détecté que si on place une autre particule chargée au voisinage. Cette autre particule de charge q sera soumise à une force électrique F  :

E=Fq

E en newtons par coulomb (NC1)

q en coulombs (C)

et F en newtons (N)

99064_fiche_37_doc_01

► Si q>0, F est dans le même sens que E et si q<0, F est dans le sens opposé à E.

► Le champ électrostatique est un champ vectoriel.

2 Le champ électrostatique créé par un condensateur plan

99064_fiche_37_doc_02

► Un condensateur plan est formé de deux lames conductrices planes et parallèles, appelées armatures, séparées par un milieu isolant d’épaisseur d.

99064_fiche_37_doc_03

► Si une tension continue U est appliquée entre les deux armatures, un champ électrostatique E perpendiculaire aux armatures et orientée de l’armature positive vers l’armature négative est créé.

► Les lignes de champ électrostatique sont parallèles, donc le champ électrostatique créé par un condensateur plan est uniforme.

► La valeur du champ électrostatique uniforme est :

E=|U|d

E en Vm1

U en V et d en m

Méthodes

Représenter un vecteur champ électrostatique

99064_fiche_37_doc_04

1. Orienter les lignes de champ électrostatique à l’intérieur du condensateur plan ci-contre.

2. Représenter le vecteur champ électrostatique aux points M et P. Le champ électrostatique est-il uniforme ?

Solution

99064_fiche_37_doc_05

1. Les lignes de champ électrostatique sont orientées de l’armature positive vers l’armature négative.

2. Le vecteur champ électrostatique E est tangent aux lignes de champ et est orienté dans le même sens. Les lignes de champ électrostatique sont parallèles donc le champ électrostatique est uniforme.

Calculer un champ électrostatique

1. Calculer la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur plan d’épaisseur 6,0 mm chargé sous une tension de 15 V.

2. En déduire la valeur de la force que subirait une particule de charge q=6,0nC qui serait placée entre les armatures de ce condensateur.

Solution

1. On applique la relation :

E=|U|dE=156,0×103=2,5×103Vm1.

À noter |q| est la valeur absolue de la charge, car la charge q peut être positive ou négative et une norme est toujours positive.

2. Pour calculer la valeur de la force électrique, on prend la norme de la relation suivante :

E=FqF=q×E soit F=|q|×E.

On a donc : F=6,0×109×2,5×103=1,5×105N.