Acti – Champ électrostatique

Champs et
forces
Champ électrostatique
 Situation déclenchante
Deux plaques sont reliées aux bornes d’un générateur. Elles sont toutes les deux chargées mais avec des signes
opposés correspondants à la borne + et la borne -.
Entre ces plaques, il existe un champ électrique appelé champ électrostatique et noté 𝐸⃗ .
Est-il possible de caractériser ce champ ?
 Mise en œuvre et interprétation
Dispositif utilisé :
 Une cuve contient une solution conductrice de sulfate de cuivre de concentration 0,01 mol.L-1.
Elle est munie de 2 plaques de cuivre rectangulaires plaquées aux bords opposés de la cuve.
 Les 2 plaques sont reliées à un générateur de
tension continue de 6 V (𝑈𝐴𝐵 = 6𝑉).
 Un voltmètre numérique muni d'une borne spéciale
permet de mesurer la tension 𝑈𝐴𝑀 grâce à une
sonde plongeant dans la solution.
 La mesure de la tension appelée potentiel permet
de déterminer l’intensité du champ électrique 𝐸⃗
par la relation :
𝑈𝐴𝑀
𝐸=
𝑥
Précautions :
 Les plaques doivent toucher le fond de la cuve.
 La sonde de mesure doit être tenue verticalement
Mesures :
 En tenant la sonde de mesure du voltmètre bien droite, il est possible de la déplacer sur l’ensemble de la
cuve. On la déplace le long de la plaque reliée au + du générateur.
Lorsqu'on déplace la sonde sur la surface de chacune des plaques, on constate que la tension mesurée est
constante.
𝑈𝐴𝑀 =……………… 𝑉 si M est sur la plaque négative.
𝑈𝐴𝑀 =……………… 𝑉 si M est sur la plaque positive.
a. Pourquoi peut-on dire que les plaques sont des surfaces équipotentielles ?
 En éloignant la sonde des plaques, il est possible de mesurer des potentiels intermédiaires. Compléter alors le
schéma au dos de la feuille en indiquant les équipotentielles correspondant à 1V, 2V, 3V , 4V et 5V.
b. Sachant que les lignes de champ électrostatique 𝐸⃗ sont en tout point perpendiculaires à ces équipotentielles,
représenter l’allure de ces lignes entre les plaques.
c. Sachant que les lignes de champ sont orientées des potentiels les plus élevés vers les plus faibles, orienter les
lignes de champ tracées précédemment.
d. Dessiner alors quelques vecteurs 𝐸⃗ entre les deux plaques.
 Déterminer la valeur du champ électrostatique 𝐸 dans la partie où les lignes de champ sont parallèles.
e. Comment peut-on décrire le champ électrostatique qui règne entre les deux armatures d’un tel montage ?
Schéma à compléter :
Axe Oy
Plaque reliée au
+ du générateur
Plaque reliée au
– du générateur
Ligne médiane
perpendiculaire
aux plaques
Axe Ox
Correction :
a. La tension mesurée sur la surface des plaques est
constante.
b. Voir schéma :
c. Voir schéma :
d. Voir schéma :
e. Entre les armatures d’un condensateur plan, il règne
un champ électrostatique uniforme.
𝑈𝐴𝑀
𝐸=
= 𝑐𝑠𝑡𝑒 = 63 𝑉. 𝑚−1
𝑥
Acti - Champ électrostatique (salle avec vidéoprojecteur)
Par poste :
Au bureau :
Générateur 6V continu
Solution de sulfate de cuivre de concentration 0,01 mol.L-1
Cuve condensateur quadrillée
pour remplir toutes les cuves.
voltmètre
Sonde de mesure
1 fil rouge et 2 fils noirs
1 bécher 100 mL
Acti - Champ électrostatique (salle avec vidéoprojecteur)
Par poste :
Au bureau :
Générateur 6V continu
Solution de sulfate de cuivre de concentration 0,01 mol.L-1
Cuve condensateur quadrillée
pour remplir toutes les cuves.
voltmètre
Sonde de mesure
1 fil rouge et 2 fils noirs
1 bécher 100 mL
Acti - Champ électrostatique (salle avec vidéoprojecteur)
Par poste :
Au bureau :
Générateur 6V continu
Solution de sulfate de cuivre de concentration 0,01 mol.L-1
Cuve condensateur quadrillée
pour remplir toutes les cuves.
voltmètre
Sonde de mesure
1 fil rouge et 2 fils noirs
1 bécher 100 mL