1 1S Cours Physique Chap 3 : Le champ électrique : EXERCICES

1
1S
Cours Physique
Chap 3 :
Le champ électrique : EXERCICES
Ex1 : champ sais carrément rien…
Une charge ponctuelle Q = - 40 nC est placée au sommet A d’un carré ABCD de
2,0 cm de côté.
1) Déterminer les caractéristiques (valeur, direction et sens) des champs
électriques
E B et EC créés par cette charge aux points B et C.
2) Représenter ces champs à l’échelle 1 cm  0,5 MV/m.
3) Représenter quelques lignes de champs autour du point A.
4) On place une charge ponctuelle q = -10 nC au point C.
a) Déterminer les caractéristiques (valeur, direction et sens) de la force
électrique s’exerçant sur cette charge.
b) Représenter cette force à l’échelle 1 cm  4,5 mN.
c) Représenter, à la même échelle, la force électrique qui s’exerce sur la
charge Q.
D
C
A
B
Ex2 : lire dans les lignes du champ (part 2)
Voici des lignes de différents 4 champs
(figures de droite). On appelle A, le rond de
gauche et B celui de droite.
1) Trouver le signe des charges qA et qB
produisant ces lignes.
2) Trouver le rapport approximatif de la
valeur des charges : qA / qB.
3) Représenter l’allure approximative des
équipotentielles.
Ex3 : le condensateur plan
Les armatures A et B d’un condensateur plan
sont distantes de d = 1,0 cm. La tension entre
celles-ci vaut UAB = VA – VB = 1,00 kV.
1) Dessiner le condensateur en indiquant le
signe des charges portées par les armatures.
2) Représenter quelques lignes de champs à
l’intérieur du condensateur.
3) Quelle est la valeur du champ électrique entre les armatures ?
4) Représenter ce champ à l’échelle 1 cm  50 kV/m.
5) Calculer la charge du condensateur si les armatures ont une surface de 20 cm2.
6) A combien d’électrons cette charge correspond elle ? e = …. à savoir !
y
Ex4 : le pendule électrostatique
2 plaques métalliques verticales parallèles A et B séparées d’une
distance d = 3,45 cm sont portées aux potentiels VA = - 500 V
A
B
x
et VB = + 500 V. Ces 2 plaques forment un condensateur plan.
O
On rappelle que la tension UAB = VA - VB , et on donnera un nombre
correct de chiffres significatifs.
1) Donner les caractéristiques (sens, direction et valeur) du champ
électrique entre les armatures du condensateur et dessiner quelques
lignes de champs.
2) On insère entre les 2 plaques un fil de masse négligeable auquel est accroché une petite boule de masse m = 2,5 g. Initialement
la boule ne porte pas de charges électriques et le pendule ainsi formé est vertical.
On apporte ensuite à la boule une charge q = - 0,50 C. Le pendule s’incline alors d’un angle  vers la droite par rapport à la
position précédente.
a) Sur la figure précédente, dessiner le pendule incliné en équilibre ainsi que les forces exercées sur la boule.
b) Calculer l’intensité du champ électrique pour que le fil s’incline d’un angle  vers la droite par rapport à la verticale.
On prendra g = 10 m.s-2
c) De quel angle le fil s’incline-t-il par rapport à la verticale Si le champ a une valeur de 1,0.104 V.m-1 ? On prendra g = 10 m.s-2.
2
Ex5 : l’expérience de Millikan
2 plaques métalliques planes, parallèles et horizontales A et B
forment un condensateur plan qui crée un champ électrique
uniforme vertical. On vaporise de toutes petites gouttelettes
d’huile (supposées sphériques) entre les armatures du
condensateur. Ces gouttelettes, électrisées par frottement,
portent une charge négative. Sous l’action du champ électrique,
une gouttelette de rayon r et de masse volumique  reste en
équilibre.
1) Faire un schéma en précisant les forces appliquées à la
gouttelette, le champ électrique et le signe des plaques du
condensateur.
2) Si A est la plaque du haut et B celle du bas, quel est le signe
de la tension UAB = VA - VB ?
3) Déterminer la charge q portée par la gouttelette sachant que
 UAB = 2000 V, distance entre les armatures d = 1,0 cm, r =
3,6 m,  = 818,7 kg/m3 et g = 9,81 m.s-2. On rappelle le
volume d’une sphère V = 4/3**r3.
Attention à donner un nombre correct de chiffres significatifs.
4) Combien d’électrons ont-ils été ajoutés à la goutte par
frottement ? e = …. à savoir !
L’expérience historique ( 2min) : http://glencoe.com/sec/science/physics/ppp_09/animation/Chapter%2021/Millikans%20OilDrop%20Experiment.swf