Collège des Saints-Cœurs Sioufi Examen : 18-01-12 Classe : 1ère S Durée : 100 min Physique 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 = 30ْ. 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. ⃗⃗⃗⃗1 et 𝐵 ⃗⃗⃗⃗2 en donnant toutes les explications nécessaires. c- Représenter clairement sur le même schéma les vecteurs champs 𝐵 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) u (V) 0 0 5 3,9 10 6,3 15 7,8 20 8,6 25 9,2 30 9,5 35 9,7 40 9,8 45 9,9 50 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.
