Ce qu il faut retenir : Les champs I) Notion de champ. Un champ est une région de l espace dont les propriétés sont modifiées par la présence d un corps. Ex : un feu de camp modifie la température de l air autour de lui : il crée autour de lui un champ de température. M 1.. M 2 Ce champ est mesurable aux différents points Mi : un thermomètre placé en M 2 y mesure une température plus élevée qu en M 1 : le champ est plus intense près du corps qui le crée. II) Le champ électrostatique E. 1 ) Définition. Tout corps chargé électriquement (ex : ion, noyau ) modifie les propriétés de l espace qui l entoure en y créant un champ électrostatique E. Ce champ est un champ vectoriel car il est caractérisé par une direction, un sens et une norme. Région champ E Un corps chargé (charge-source) crée autour de lui un champ électrostatique 2 ) Mise en évidence du champ électrostatique. Un autre corps chargé (appelé charge-test), placé en un point M de cette région champ le met en évidence par la force électrostatique F qu il subit. F. M q<0 3 ) Force électrostatique. a) Loi de Coulomb : 2 corps ponctuels A et B, de charge respective q A et q B, distants de d AB, exercent l un sur l autre une force électrostatique telle que : F A/B = F B/A = 9,0.10 9 q A x q B d AB² charge des 2 corps (en coulomb C) en valeur absolue distance entre les 2 corps (m) Force électrostatique (N)
b) Caractéristiques du veteur force électrostatique : point d application : point où s exerce la force direction : droite qui joint les 2 corps chargés sens : celui d une attraction (si corps chargés de signes opposés) ou d une répulsion (si corps chargés de même signe) norme : valeur de la force selon la loi de Coulomb Exercice n 1 : Justifier le dessin de la force électrostatique dans le cas vu au II) 2 ). Exercice n 2 : a) Calculer la force électrostatique qu exerce l ion sodium Na sur l ion chlorure Cl - distants de d = 0,28nm, les 2 ions étant supposés ponctuels. b) Faire un schéma de la situation et tracer le vecteur force correspondant (échelle 1cm pour 10-9 N) 3 ) Relation entre force électrostatique et champ électrostatique. Force électrostatique et champ électrostatique sont liés par la relation vectorielle : F = q E avec E, le champ créé par la charge-source ; F : la force exercée par la charge source sur la charge-test ; et q : la charge de la charge-test 4 ) Caractéristiques du vecteur champ électrostatique. point d application : point où est créé le champ (là où est situé la charge-test) direction : la même que celle de F sens : celui de F si q>0 ; le sens inverse de F si q<0 norme : E = N.C -1 C N Exercice n 3 : a) Compléter le schéma du II)2 ) en y dessinant le vecteur champ électrostatique en M.. M q<0 b) Dessiner ce vecteur champ dans le cas où la charge-test est positive. Exercice n 4 : Reprendre l exercice n 2 et dessiner le vecteur champ électrostatique créé par l ion sodium. 5 ) Application au condensateur plan. Un condensateur plan est constitué de 2 plaques métalliques, planes, parallèles, distantes de d. Une tension électrique U est appliquée aux bornes de ces plaques les chargeant l une positivement, l autre négativement. Entre ces 2 plaques, il règne un champ électrostatique E, uniforme, de direction perpendiculaire aux plaques et orienté de la plaque positive vers la plaque négative. - E -
La norme du champ électrostatique dans un condensateur plan est E = avec U en volt, d en mètre et E en V.m -1 Les lignes de champ électrostatique, dans le cas du condensateur plan, sont des droites parallèles entre elles et perpendiculaires aux plaques, orientées comme le vecteur champ E. - - III) Le champ magnétique B. Le champ magnétique est une région de l espace dont les propriétés sont modifiées par la présence d un aimant, de la Terre, ou d un conducteur parcouru par un courant. C est un champ vectoriel qui est détecté par une aiguille aimantée de boussole. Les caractéristiques du vecteur champ magnétique sont : point d application : point de l espace où est créé le champ magnétique direction : celle prise par l aiguille aimantée d une boussole qui le détecte sens : le sens sud-nord de l aiguille aimantée norme : B mesuré en tesla (T) avec un teslamètre. Le spectre magnétique est l ensemble des lignes de champ magnétique. Les lignes de champ magnétique, tangentes en chacun de leur point au vecteur B, sont orientées comme B. Elles entrent par le pôle sud d un aimant. B entre les branches d un aimant en U, le champ magnétique est uniforme et les lignes de champ sont des droites parallèles entre elles. Aimant droit aimant en U IV) Le champ gravitationnel G. 1 ) Définition. Tout corps massique (appelé corps-source de masse m 0 ) modifie les propriétés de l espace qui l entoure en y créant un champ gravitationnel G. Ce champ est un champ vectoriel. m 0 Région champ G
2 ) Mise en évidence du champ gravitationnel. Un autre corps massique (appelé corps-test, de masse m), placé en un point K de cette région champ le met en évidence par la force gravitationnelle F qu il subit. F m 0. K m 3 ) Force gravitationnelle. a) Loi de Newton : 2 corps ponctuels A et B, de masse respective m A et m B, distants de d AB, exercent l un sur l autre une force gravitationnelle telle que : F A/B = F B/A = G m A x m B d AB ² masse des 2 corps (kg) distance entre les 2 corps (m) constante de gravitation universelle (G = 6,67.10-11 usi) Force gravitationnelle (N) b) Caractéristiques du veteur force gravitationnelle : point d application : point où s exerce la force direction : droite qui joint les 2 corps massiques sens : celui d une attraction norme : valeur de la force selon la loi de Newton 3 ) Relation entre force gravitationnelle et champ gravitationnel. Force gravitationnelle et champ gravitationnel sont liés par la relation vectorielle : F = m G avec G, le champ créé par le corps-source ; F : la force exercée par le corps-source sur le corps-test ; et m : la masse du corps-test 4 ) Caractéristiques du vecteur champ gravitationnel. point d application : point où est créé le champ (là où est situé le corps-test) direction : la même que celle de F sens : celui de F norme : G = N.kg -1 kg N Exercice n 5 : Reprendre le dessin du IV)2 ) et le compléter en traçant le vecteur champ gravitationnel. 5 ) Le champ gravitationnel terrestre. C est le champ gravitationnel créé par la Terre.
V) Le champ de pesanteur terrestre g. En première approximation, on peut définir le champ de pesanteur terrestre comme étant le champ gravitationnel créé par la Terre en un point de sa surface. M T On peut alors écrire que g = G, avec M T : la masse de la Terre (kg) et R T : le rayon de la Terre (m). R T ² A la surface de la Terre (ou à son voisinage proche), le champ de pesanteur est uniforme. On parle de champ de pesanteur local. - direction : la verticale - sens : vers le bas - norme : g 9,8N.kg -1 Le champ de pesanteur est lié au poids sur Terre d un objet de masse m par la relation : P = mg avec P en N, m en kg et g en N.kg -1. g g P P : (pt d application : G, le centre de gravité de l objet, direction : verticale comme g, sens : vers le bas)