Cours1 : Electrostatique: loi de Coulomb
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Physique expérimentale PHYS-J-101 Francis Masin et Michel Mareschal (13 ECTS dont 7 de théorie) Coordonnées: • • • • • Bureau: 2.O4.207 650 57 88 [email protected] http://scipoly4.ulb.ac.be/ http://164.15.129.188 Contenu du cours • Electricité et magnétisme (chapitres 17 à 24 du Hecht) • Optique géométrique (œil) • Thermodynamique (chap 14, 15 et 16) Electricité et magnétisme • Loi de Coulomb, champ et potentiel électrique • Conducteurs et isolants: constante diélectrique, capacité • Loi Ohm, effet Joule • Circuits: lois de Kirchoff (RC) • Force magnétique • Courants induits: loi de Faraday et Lenz • Courants alternatifs (LC, RLC) • Ondes électro-magnétiques EM1: loi de Coulomb • La force électromagnétique est une des 4 forces fondamentales connues • La charge électrique est à son origine proton : charge +e électron : charge –e • e est une charge fondamentale et indivisible • La charge électrique est conservée (neutron=> proton +électron + neutrino) • la charge électrique totale est la somme algébrique des charges qui composent (un objet est chargé ou non-chargé s’il y a compensation des + et des - ou non) Interactions La force entre deux charges ponctuelles, immobiles dans le vide, est proportionnelle au produit des leur charges et inversément proportionnel au carré de la distance F= 1 q1q2 112 4πε 0 r 2 1 = 8, 987....10 9 Nm 2 / C 2 4πε 0 Unités • Unité de charge SI est le Coulomb • e=1,601…10-19 C • Un excédent de 1% de charges dans un kilogramme de fer: 500000 C • Éclair: 20 C, terre: -400 000 C Eclairs • sol: charges négatives 8 Exercices • Calculer le nombre total de charges dans un kilo de fer ? • Quelle est l’intensité de la force entre deux charges de 1 C, éloignées de 1m ? Comparer avec votre poids. • Quelle est l’intensité de la force électrique entre un proton et un électron dans un atome d’hydrogène ? Comparer avec la force gravitationelle entre les deux masses du proton et de l’électron. • La tension de rupture de l’acier est de 5 10 8 N/m2.Quelles sont les charges Q maximum qu’une barre de 1 m de long et 1 cm2 de section peut supporter, localisées à ses extremités ? Loi de Coulomb • Additivité des forces: la force totale sur une charge q (immobile) est la somme (vectorielle) des forces exercées par chacune des autres charges qui l’entourent Le champ électrique • Le champ électrique, E, est défini comme la force agissant sur une charge virtuelle de +1C, divisée par 1 C F E = [ N / C ] q Champ dû à une charge +q • On place l’origine sur la charge: E(r ) = 1 q 1 2 r 4πε 0 r 1r ⋅ 1r = 1 1r ⋅ r = r = r Charge négative Addition des champs Théorème de Gauss ΦE = ∑ a = ch arg es qa ε0 ΦE = d S ∫ ⋅ E flux electrique S Pour une sphère Φ E = ES = E4π r 2 ⎫ q ⎪ ⇒ E = q ⎬ 2 ΦE = 4 πε r 0 ⎪ ε0 ⎭ Pour un plan Φ E = 2S3 E ⎫ σ ⎪ q σS ⎬ ⇒ E = ΦE = = 2ε 0 ε 0 ε 0 ⎪⎭ σ, densité surfacique de charge Pour deux plans parallèles +/- Exercices Deux plans parallèles infinis, séparés par une distance d portent des densités de charge + et - σ, uniformes. Quelle est la force subie par une charge ponctuelle située entre les deux plans? Ecrivez son équation du mouvement. Par une charge ponctuelle, q, en dehors de ces deux plans? Par un dipôle électrique situé entre les deux plans? Que vaut l’intensité du champ si la densité de charge est 1 microCoulomb/cm2?
