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Collège des Saints-Cœurs Examen : 18-01-12
Sioufi Physique Classe : 1ère S
Durée : 100 min
L’usage d’une calculatrice programmable est interdit.
I- Champ électrique (5 points)
Une petite sphère électrisée de masse m est suspendue à un long fil sans torsion et de masse négligeable.
Quand on la soumet à l’action d’un champ électrique uniforme et horizontal d’intensité E, le fil s’incline d’un angle α
sur la verticale et le déplacement s’effectue dans le sens inverse du champ. On désigne par q la valeur algébrique de la charge
de la sphère.
a- Quel est le signe de q ? Justifier votre réponse.
b- Construire le schéma , placer les forces appliquées à la sphère et déterminer q en fonction de m, g, E et α.
c- Faire l’application numérique avec m = 10g ; g = 10 m.s-2; E = 105 V.m-1 ; α = 30 .
II- Champ magnétique (5 points)
Deux longs fils M1N1 et M2N2 rectilignes, parallèles, parcourus respectivement par deux courants I1 = 10A et I2 = 20A dans le
même sens sont distants de 3 cm l’un de l’autre. On considère un point C appartenant à leur plan et situé dans la région entre
les deux fils à la distance d1 du premier fil et d2 du second.
On désigne par B1 et B2 les champs magnétiques créés par les deux fils au point C.
a- Exprimer B1 en fonction de d1.
b- Exprimer B2 en fonction de d2.
c- Représenter clairement sur le même schéma les vecteurs champs 𝐵1
⃗
⃗
⃗
⃗
et 𝐵2
⃗
⃗
⃗
⃗
en donnant toutes les explications nécessaires.
d- Déterminer d1 et d2 pour que le champ magnétique résultant en C soit nul.
e- Si C se trouvait dans la région à l’extérieur des deux fils, serait-il possible d’avoir un champ résultant nul en ce point ?
Justifier.
III- Condensateurs (10 points)
Un générateur G fournit entre ses bornes une tension constante U = 10 V. G est placé en série avec un condensateur C et un
conducteur ohmique R = 10 kΩ.
A l’instant t = 0, on ferme l’interrupteur K.
Un voltmètre branché aux bornes de C relève les valeurs de uC toutes les 5 secondes.
t (sec)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
u (V)
0
3,9
6,3
7,8
8,6
9,2
9,5
9,7
9,8
9,9
10
1- Construire le montage réalisé.
2- En utilisant les lois nécessaires, calculer la valeur de l’intensité i0 du courant à t = 0s.
3- Tracer le graphe u = f(t). Adopter comme échelles en abscisses : 1 carreau → 5 secondes et
en ordonnées : 1 carreau → 1 Volt.
4- Quelle est, à partir de ce graphe, le temps t1 au bout duquel uC atteint 63% de sa valeur maximale ?
5- Calculer la valeur de C et déterminer la charge maximale de C et l’énergie qu’il emmagasine.
6- On désigne par t2 le temps au bout duquel la tension uC atteint sa valeur maximale. Exprimer t2 en fonction de t1 et
déterminer à cet instant t2 la valeur de l’intensité du courant dans le circuit.
7- En modifiant l’épaisseur du diélectrique, on donne au condensateur C une capacité C1= 10 mF, et on le charge sous la même
tension de 10 V. Puis on le déconnecte de la source de tension et on le relie aux bornes d’un autre condensateur C2 de capacité
C2 = 3 C1 initialement non chargé. Déterminer alors les charges et les énergies des deux condensateurs.