le champ électrostatique - Lycée Jacques Monod, CLAMART

Physique-Chimie 1 S
Comprendre
Lycée Jacques Monod
CHAMP ELECTROSTATIQUE
Une cuve rhéographique est une cuve parallélépipédique
dans laquelle on a disposé deux plaques métalliques en
regard (voir photographie ci--contre). Une solution
ionique est introduite dans cette cuve.
Les plaques métalliques sont reliées aux deux bornes
d'une
'une alimentation. Un voltmètre est placé dans le
circuit : sa borne COM est reliée à la borne – du
générateur. Sa borne V est reliée à un pointeur
métallique qui peut être placé à un endroit quelconque
dans la cuve.
Un quadrillage tracé au fond de la cuve
cuv permet de relever
l'abscisse et l'ordonnée du point où le pointeur est placé.
On a reproduit ci-dessous
dessous le quadrillage de la cuve rhéographique :
Les différentes tensions U relevées en fonction des coordonnées du pointeur sont indiquées dans le
tableau ci-dessous :
x(cm)
-4
-3
-2
0V
0,73 V
1,46 V
2,25 V
3,02 V
3,75 V
4,51 V
5,28 V
0V
0,75 V
1,52 V
2,23 V
3,04 V
3,73 V
4,49 V
5,23 V
0V
0,75 V
1,51 V
2,24 V
2,98 V
3,75 V
4,50 V
5,25 V
-1
0
1
2
3
4
y(cm)
0
1
2
3
4
5
6
7
0V
0,74 V
1,53 V
2,22 V
3,01 V
3,72 V
4,48 V
5,22 V
0V
0,76 V
1,48 V
2,26 V
3,00 V
3,76 V
4,52 V
5,27 V
0V
0,73 V
1,49 V
2,25 V
3,02 V
3,75 V
4,51 V
5,28 V
0V
0,75 V
1,50 V
2,25 V
2,99 V
3,75 V
4,50 V
5,24 V
0V
0,75 V
1,49 V
2,23 V
3,01 V
3,73 V
4,48 V
5,25 V
0V
0,77 V
1,50 V
2,24 V
3,02 V
3,75 V
4,49 V
5,24 V
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1 ) On note d la distance entre la plaque reliée à la borne – de l'alimentation et le point où la
mesure de tension est effectuée. Tracer en utilisant le tableur d'open-office la courbe U = f (d).
Comment allez-vous utiliser les données du tableau ? Les valeurs utilisées dans le tableur seront
prises dans l'unité SI.
2 ) Il existe entre les plaques métalliques un champ électrostatique E . La valeur E de est donnée
en un point de la cuve par E =
U
. Quelle est l'unité SI (système international) de E ?
d
La valeur du champ électrostatique dépend-elle du point où on l'estime entre les plaques ?
Déterminer cette valeur dans l'unité SI en tout point de la cuve.
On exploitera la courbe tracée précédemment pour répondre à ces deux questions.
3 ) La tension U mesurée par le voltmètre est par définition la différence entre le potentiel
électrique V+ au niveau du pointeur et le potentiel électrique V- au niveau de la borne COM, soit
U = V+ − V-.
a ) Pourquoi peut-on affirmer que V- = 0 V dans ce montage ?
b ) En déduire que la tension U mesurée par le voltmètre lorsque le pointeur se trouve en un
point M est aussi le potentiel électrique V(M) en ce point.
4 ) On nomme « équipotentielle » une ligne le long de laquelle le potentiel électrique reste constant.
Quelle est ici l'allure des équipotentielles ?
5 ) Le champ électrostatique E est toujours localement perpendiculaire aux équipotentielles. Il est par
ailleurs orienté vers les potentiels électriques décroissants.
Représenter sur le schéma ci-dessous le champ électrostatique E aux différents points dessinés
dans la cuve. Précisez l'échelle utilisée.
6 ) Un champ vectoriel est qualifié d'uniforme lorsque la direction, le sens et la valeur du vecteur
champ sont indépendants du point où on les estime. Le vecteur champ électrostatique est-il
uniforme entre les plaques métalliques de la cuve ? Justifier.
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