5) Entre A et B on place une charge q' libre de se déplacer sur l'axe. Calculer et représenter le
vecteur force électrostatique subi par cette charge.
6) Déterminer la position de la charge à l'équilibre.
Exercice 3 : Théorème de Gauss
I- On considère une distribution volumique de charges (Figure 4), de densité positive et
constante ρ=ρ0, comprise entre deux sphères concentriques de centres O et de rayons a et b
avec b > a. On se propose de calculer le champ et le potentiel électrostatiques et ,
en tout point M de l’espace tel que OM = r.
1) Quel est le système de coordonnées le mieux adapté au calcul de et ?
2) Etudier les invariances de et .
3) Etudier les symétries de et déduire sa direction.
4) En utilisant le théorème de Gauss, déterminer le champ électrostatique en tout point
de l’espace. Conclure.
5) Déduire le potentiel électrostatique . On supposera que le potentiel est nul à l’infini.
II- Dans la suite, on fait tendre b vers a, la charge totale de la 1ère distribution se trouve alors
répartie sur la surface d’une sphère de rayon a avec une densité superficielle constante σ.
1) En appliquant la conservation de la charge, exprimer la densité σ en fonction de ρ, a et b.
2) Déduire des résultats de la question (I-4) le champ électrostatique crée par une sphère de
rayon a chargée en surface avec la densité σ, en tout point de l’espace.
3) Représenter et étudier sa continuité.
4) En déduire le potentiel électrostatique créé par cette distribution de charge, en tout point de
l’espace. On supposera que le potentiel est nul à l’infini.