CHAMP ÉLECTROSTATIQUE

Forces s ÉLECTRO Chapitre 6 Groupe scolaire La Sagesse Lycée qualifiante 16 février 2016 1 (2015-2016) 1ere Bac SM

Sommaire Forces s 1 2 3 4 Forces s 5 6 7 2 (2015-2016) 1ere Bac SM

Forces s Le déséquilibre entre les charges s à l intérieur et à l extérieur du nuage, en regard avec la terre produit un phénomène naturel : un éclaire qui est suivi d un tonnerre qui se manifeste sous forme des étincelles s entre la terre et le nuage et cela est dû à la création d un 3 (2015-2016) 1ere Bac SM

Forces s Qu est ce qu un? Comment se crée-t-il? et quel est l expression mathématique grandeur qui représente? 4 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s 1 par frottement activité : On frotte un stylo en plastique contre un chiffon ou la peau et on l approche à des petits bouts de papier Qu observe-t-on? Les bouts de papier sont attirés S agit-il d une action de contact ou d une action à distance? Une action à distance S agit-il d une attraction ou d une répulsion? Attraction 5 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s Conclusion : Lorsqu on frotte certains corps (peigne, règle en plastique,) ils deviennent capable d attirer des petits légers : On dit qu ils sont électrisés par frottement ie qu il porte des charges s 6 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s 2 Les deux types de charges s Deux bâtons de verre frottés se repoussent mutuellement, alors qu un bâton de verre et un bâton d ébonite s attirent Donc il existe deux types de charges s, celui qui apparaît sue le verre frotté est différent de celui qui apparaît sue l ébonite frotté Par convention, l électricité qui apparaît sur le bâton de verre est de l électricité positive, alors que celle qui apparaît sur le bâton d ébonite frotté est de l électricité négative 7 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s Des charges s de même signe se repoussent Des charges de signes contraires s attirent 8 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s 3 Interprétation microscopique de l électrisation par frottement Tout corps est constitué par des atomes, qui sont constitués par un noyau chargé positivement et des électrons chargés négativement L ensemble est ment neutre Lorsqu on frotte un corps par un autre, il y a transfert des électrons de l un vers l autre Un bâton d ébonite arrache des électrons d un morceau de drap, ce qui le chargé négativement par excès d électrons, alors que le drap se charge positivement par défaut d électrons donc : 9 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s L électrisation consiste à faire apparaître sur un corps : Un excès d électrons : le corps se charge négativement Un défaut d électrons : le corps se charge positivement 10 (2015-2016) 1ere Bac SM

I 4 Autres types d électrisations par contact Un corps est électrisé par contact, quand il touche un autre corps électrisé Des électrons se sont transférés d un corps vers l autre Forces s 11 (2015-2016) 1ere Bac SM

I par influence Approchons un isolant d un corps chargé positivement Les charges positives en excès du corps chargé positivement vont attirer les électrons de l isolant qui vont se concentrer sur la partie la plus proche du corps Forces s Il y a électrisation par influence 12 (2015-2016) 1ere Bac SM

I Forces s Application 1 Calculer le nombre d électron qui constitue un métal d argent de masse m = 10g, sachant que chaque atome d argent est formé par 47 électrons et la masse molaire atomique d argent est : M(Ag) = 107, 87g/mol 13 (2015-2016) 1ere Bac SM

II Forces s L attraction et la répulsion des corps électrisés est due à l existence de forces s exercées par ces corps et qui portent des charges s En 1785 le physicien français CHARLES AUGUSTE DE COU- LOMB qui abouti à une loi qui porte son nom : la loi de Coulomb 14 (2015-2016) 1ere Bac SM

II Forces s Loi de coulomb L intensité force entre deux charges s est proportionnelle au produit des deux charges et est inversement proportionnelle au carré distance entre les deux charges La force est portée par la droite passant par les deux charges 15 (2015-2016) 1ere Bac SM

II Forces s La formulation mathématique loi de Coulomb Deux corps ponctuels A et B, séparés d une distance AB=d et portant respectivement les charges q A et q B, sont soumis à deux forces directement opposées, de même direction et de même valeur : F B/A +q A +q B +q A q F B B/A F A/B F A/B = F B/A = K q A q B d 2 d F A/B 16 (2015-2016) 1ere Bac SM

II Forces s Avec F A/B en newton (N), q A et q B en coulomb (C), et AB = d en mètre (m) K = 1 4πε 0 = 910 9 m 3 kgs 2 C 2 ε 0 Permittivité du vide Les deux forces ont la même droite d action : La droite AB Ces forces sont attractives si les charges sont de signes contraires et répulsives si les charges sont de même signes 17 (2015-2016) 1ere Bac SM

III Forces s Forces s Intensité force : F A/B = F B/A = K q A q B avec K = 910 9 m 3 kgs 2 C 2 d 2 F A/B et F B/A sont attractives ou répulsives suivant le signe des deux charges Intensité force gravitationnelle : F A/B = F B/A = G m Am B d 2 avec G = 6,6710 11 Nm 2 /kg 2 F A/B et F B/A sont toujours attractives 18 (2015-2016) 1ere Bac SM

III Forces s Forces s application 2 Dans le modèle de Bohr de l atome d hydrogène, on considère que l électron tourne autour du proton sur une orbite circulaire de rayon r = 5,3 10 11 m La masse du proton est m p = 1,67 10 27 kg, celle de l électron est m e = 9,11 10 31 kg La charge élémentaire est e = 1,6 10 19 C Calculer et comparer les intensités des interactions gravitationnelle et existantes entre les deux particules Conclusion 19 (2015-2016) 1ere Bac SM

III Forces s Forces s Réponse : F G = 3,55 10 47 N et Fe = 8,2 10 8 N F e F G = 2,3 10 39 En conclusion La force gravitationnelle s exerçant entre deux particules ment chargés au niveau atomique, est négligeable devant la force d interaction entre ces deux particules chargées 20 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV Forces s 1 Définition Toute région de l espace où une charge q est soumis à une force, est le siège d un s Exemple : Le bâton d ébonite électrisé crée dans l espace qui l entoure un si on lui approche une petite boule d aluminium, celle ci se soumet à une force 21 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV Forces s 2 Vecteur a crée par une charge On place au point A une charge q, d après la définition, elle va créer un dans l espace qui entoure A En un point P de cet espace tel que AB = r u, on place respectivement des charges s d essai q 1,q 2,q 3,q i, ces charges s sont soumises aux forces s suivantes : 22 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV Forces s F 1, F 2, F 3, F i, telles que : F 1 = 1 qq 1 u F2 4πε 0 r 2 = 1 qq 2 u Fi 4πε 0 r 2 = 1 qq i u On constate que les 4πε 0 r 2 F 1 F 2 Fi rapports : = = = = 1 q u sont égaux q 1 q 2 q i 4πε 0 r 2 et indépendants des charges essai, q 1,q 2,q i On pose E = 1 4πε 0 q r 2 u E est appelé vecteur s crée par la charge ponctuelle q au point A 23 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV E E Forces s E E E A q A < 0 A q A > 0 E E E : attractif (fig1) : répulsif (fig2) 24 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV Forces s D après la relation du, on constate que pour q < 0 le vecteur convergent (fig 1)et pour q > 0 le vecteur divergent (fig 2) Dans les deux cas les lignes de se coupent au point où est placée la charge, on dit que le crée par une charge ponctuelle est un radial D une façon générale, la force est exprimée par la relation : F = q E Avec F en newton (N), q en coulomb (C) et E en N/C ou V/m 25 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV Forces s b Vecteur crée par deux charges s ponctuelles On considère deux charges ponctuelles q A > 0 et q B < 0 placées en deux points A et B, et une charge q placée au point M comme la figure ci dessous La charge q A crée en M un de vecteur E A tel que F A = q E A et la charge q B crée en M un vecteur E B tel que F B = q E B La charge q est soumise à une force résultante F = F A + F B Donc le vecteur résultant est : E = E A + E B 26 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV E A M E Forces s E B A B q A > 0 q B < 0 27 (2015-2016) 1ere Bac SM

IV Forces s Généralisation : Le vecteur E crée par un ensemble de charges s est égale à la somme vectorielle des s E i que crée chaque charge q i, seule E = E i 28 (2015-2016) 1ere Bac SM

V Forces s Définition Une ligne de est une courbe tangente ( ou une droite) en chaque point au vecteur défini en ce point L ensemble des lignes de constitue un spectre 29 (2015-2016) 1ere Bac SM

VI Forces s Définition Un est dit dans une région de l espace si le vecteur E conserve en tout point de cette région la même direction, le même direction, le même sens et la même intensité Exemple : Le qui existe entre deux plaques parallèles chargées est 30 (2015-2016) 1ere Bac SM