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ELECTROSTATIQUE ELECTROSTATIQUE

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Page 1: ELECTROSTATIQUE. Frottons les tiges avec un tissu en laine… La charge électrique est une propriété dun corps frotté qui lui permet dattirer ou de repousser

ELECTROSTATIQUEELECTROSTATIQUE

Page 2: ELECTROSTATIQUE. Frottons les tiges avec un tissu en laine… La charge électrique est une propriété dun corps frotté qui lui permet dattirer ou de repousser

Frottons les tiges avec un tissu en laine…

La charge électrique est une propriété d’un corps frotté qui lui permet d’attirer ou de repousser

d’autres corps

Charge électrique

Tige d ’origine résineuse

Tige d ’origine vitreuse

La convention de Franklin

-+

Franklin choisit arbitrairement d’utiliser le terme « positif » avec le type de charge acquis par une tige de verre frottée avec de laine, et « négatif » avec celui acquis par une tige en ambre frottée avec le même tissu.

Attraction des tiges différentesRépulsion des tiges identiquesRépulsion des tiges identiques

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Méthodes d’électrisation

par frottement (Machine de Winshurt)

par contact

par influence  

par compression = piézoélectricité 

par chauffage = pyroélectricité  

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Mesures de la charge électrique

• Electroscope

• Mesure de la tension aux bornes d ’un condensateur

• Mesure de la déviation d ’un galvanoscope balistique

+ + +

--

----

-- --q

Mesure q

la force de Coulomb Charge Q

ABA CUq

T

0

dt).t(iQLe spot revient le plus rapidement à sa position de repossans la dépasser (rég. oscillatoire - rég. apériodique)

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• Expérience de Millikan (Nobel 1923) (voir Chap.2 Applications…)

Il s'agit de l'expérience de la goutte d'huile de Millikan 1911.Cette expérience permet la quantification de la charge électrique.Il établit entre deux plaques parallèles horizontales un champ électrique E vertical qui pouvait être coupé ou établi.La plaque supérieure possédait un orifice en son centre à travers lequel pouvaient passer des gouttes d’huile produites par un atomiseur. Les gouttes se chargeaient par frottement au passage de la buse de l’atomiseur.

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Quantification de la charge électrique

• Toute charge électrique Q est un multiple de la charge élémentaire e = 1,6.10-19 C Q = n.e

• Discontinuité de la charge (électrolyse - Faraday 1833)

Système discretSystème discret

i iqQ

d

dq

dS

dq

dV

dq

dqQ

dqQ

dqQ

Lors d ’une électrolyse, les quantités de matière décomposées et libérées àchacune des électrodes sont proportionnelles à la quantité d ’électricité q qui a traversé l ’électrolyte

• Distribution de charges

q1

q2

q3

q4

Système continuSystème continu

d

dq

dS

S

dq

dVV

dq

dl.

dl.

dS.

dV.

dS.

dV.

• la charge électrique totale d’un système isolé reste constante • Les quarks possèdent des charges e/3 et 2e/3. Ces charges n’apparaissent

cependant pas comme des charges libres.

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Matière

IsolantsIsolants

(diélectriques)

ConducteursConducteurs

(Métaux)

Absence de charges libres de se déplacer.Déplacement de charge au niveau atomique ou moléculaire sous l ’effet d ’un champ électrique extérieur.Résistance électrique grande

Existence de charges libresRésistance électrique faible

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Loi de Coulomb

• Mesure faite à partir d’une balance de torsion en 1784

q1

q2

u1,2

r

122

21

0

21 ur

q.q

.4

1F

1221 FF

21F

12F

q1

q2

u1,2

r

21F

12F

q1 et q2 de signes différents

q1 et q2 même signes> 0< 0

12221

21 ur

q.qKF

• Loi définissant la charge électrique 

• Force exercée par la charge 1 sur la charge 2

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Commentaires

12221

021 u

r

q.q

.4

1F

• Dans un milieu diélectrique, remplacer 0 par = r . avec r permittivité relative nombre sans dimension

r (eau) = 81

12u.rr

r

ru12

r

u1,2

q1

q2

• q1 et q2 sont des charges ponctuelles

• La loi de coulomb s’applique à des charges immobiles

• Elle reste valable pour des vitesses petites devant la vitesse de la lumière

0 : permittivité électrique du vide SI10.36

190

1c.. 200

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Champ électrostatique

• Une charge électrique q1 (source) modifie les propriétés

électriques de l’espace environnant.

• On dit que la charge q1 (source) crée un champ électrique

• Si l’on place une charge électrique q2 (test) au voisinage,

cette charge est soumise à une force (de Coulomb) telle que

12221

0

ur

q.q

.4

1F

122

1

02 u

r

q

.4

1q

E

E.q2

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Définition• Le champ électrostatique créé par une charge q1

(source) en un point M à la distance r de la charge est le quotient de la force à laquelle est soumise une charge q (test) placée en M par la valeur de cette charge

r21

0

ur

q

.4

1

rr

q

.4

1E

31

0

• UnitésN.C-1 ou V.m-1

E.qF

q

FE

r

ur

q1

M • direction radiale

• sens

• intensité 2

1

0 r

q

.4

1

0qsiu 1r

0qsiu 1r

source du champ distance source point

« centrifuge »« centripète »

• Sources de champ électriques

• charges électriques• champ magnétique variable dans le temps

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Champ électrostatique créé par une charge ponctuelle unique

unitairevecteurr

ruavecu

r

q

.4

1E

20

Si q > 0 le champ fuit q

Si q < 0 le champ est dirigé vers q

qq

« centrifuge »« centripète »

E E

E

E

E

E

E'qF

0'q 0'q

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Champ électrostatique créé par un système de charges ponctuelles

discrètes

• Le champ résultant en un point M est la somme des champs créés par chaque charge

i2

i

i

0

ur

q

.4

1E

q1>0

M

q3<0

q2>0

q4<0

1E

2E

3E

4E

4321M EEEEE

iEE

i2

i

i

0

ur

q

.4

1E

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Champ électrostatique créé par Champ électrostatique créé par une distribution de charges une distribution de charges

continuescontinuesDistribution Volumique

ur

dV.

.4

1dE

20

Le champ résultant créé par l’ensemble de la distribution est la somme des champs élémentaires

V

dEE

V2

0

u.r

dV.

.4

1E

dVV

dq dV.

Cette charge élémentaire est assimilable à une charge ponctuelle.

Cette charge crée le champ élémentaire

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SuiteSuiteDistribution surfacique

ur

dS.

.4

1dE

20

Le champ résultant créé par l’ensemble de la distribution est la somme des champs élémentaires

S2

0

u.r

dS.

.4

1E

dS

S

dq dS.

Cette charge élémentaire est assimilable à une charge ponctuelle.

Cette charge crée le champ élémentaire

S

EdE

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Suite• Distribution linéique

ur

dl.

.4

1dE

20

Le champ résultant créé par l’ensemble de la distribution est la somme des champs élémentaires

u.

r

d.

.4

1E

20

d

dq dl.

Cette charge élémentaire est assimilable à une charge ponctuelle.

Cette charge crée le champ élémentaire

EdE

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Lignes de Lignes de champchamp

)E,E,E(Eet)dz,dy,dx('MM zyx

• Définition– ligne tangente en chacun de ses points au vecteur

champ – orientée dans le même sens que le champ

• Propriétés– lignes parallèles si le champ est uniforme– lignes qui se resserrent quand le champ augmente et

inversement– deux lignes de champ ne peuvent se croiser

• Equations– M et M’ deux points infiniment voisins d’une ligne de

champ

scolinéiaresont'MMetEzyx E

dz

E

dy

E

dx