Activité 2 - Comment a été définie la notion de champ électrique
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Thème 2 : Comprendre Chapitre 6 Activité 2 - Comment a été définie la notion de champ électrique À la fin du XVIIIème siècle, la mécanique constitue un ensemble théorique bien élaboré. Au XIXème siècle, le concept de force utilisé en mécanique est appliqué à l'étude des phénomènes électrostatiques et magnétiques. À ce concept est bientôt adjointe la notion de champ. Le concept de champ avait déjà été utilisé par le suisse Leonhard Euler au milieu du XVIIIème siècle. Dans ses travaux d'hydrodynamique, il attribue une vitesse en chaque point d'un fluide en mouvement et définit ainsi un champ vectoriel de vitesse. Vers 1835, l'anglais Michael Faraday utilise à son tour le concept de champ pour décrire les phénomènes de répulsion et d'attraction électrostatique étudiés par le français Coulomb. Une charge électrique appelée charge-source S, de valeur qS, est placée en un point fixe. La force électrostatique subie par une charge test dépend de sa position. Comme l'avait fait Euler avec le vecteur vitesse d'écoulement, Faraday dresse une carte des vecteurs force subie par une charge test en tout point autour de S. Il définit les lignes de champ de force comme des lignes continues en tout point tangentes aux vecteurs force. L'inconvénient reste que ce champ de force dépend de la valeur q de la charge test choisie. Pour évacuer ce problème, le champ électrostatique est ensuite défini comme le rapport du vecteur force par la charge test, . Ce champ électrostatique ne dépend plus que de la charge source et du point de l'espace considéré. Il permet de décrire les effets de la charge source sur l'espace qui l'entoure. Cette représentation des actions électriques mais aussi des actions magnétiques par des "lignes de force" reliant les particules de matière est centrale dans les travaux de Faraday. Dans les années 1840, il fait l'hypothèse dans un court article que la propagation de la lumière pourrait être le résultat d'une vibration transversale des "lignes de force qui relient entre elles les particules [...] de matière". Plus tard, dans la deuxième partie du XIXème siècle, James Clerk Maxwell élaborera sa théorie l'électromagnétisme en utilisant les notions de champ électrique et de champ magnétique et proposera une description de la lumière comme une onde électromagnétique. Adapté du document "l'histoire d'un champ" p 203 - livre de 1ère S - éditions Hachette et de l'article du site AmpèreCNRS sur l'histoire de l'électromagnétisme intitulé "Michael Faraday (1791-1867) : un savant exemplaire" (http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/faraday/biofaraday/index.php) Questions 1. Quels sont les champs évoqués dans ce texte ? Les champs évoqués sont : le champ des vitesses dans un fluide le champ des forces électriques qu'établit Faraday le champ électrique 2. Donner la valeur de la force électrostatique s'exerçant entre deux charges q et qs séparées d'une distance d. F= | | où k est une constante qui vaut 9,0 × 109 N.m2.C-2 3. Faire un schéma représentant une charge source, plusieurs charges tests et les forces exercées par la charge source sur chaque charge test. (Voir début de page suivante) 4. Sur ce schéma, tracer les "lignes de champ de forces" introduites par Faraday. (Voir début de page suivante) La charge sourcce qs est ici poositive. Seules 4 lignes de d forces sontt tracées, maais il en existte une infinité, toutes diriigées r radialement a autour de la charge c source. 5. À parrtir du texte et de votre réponse à la l question 1, 1 donner l'eexpression liittérale de laa valeur du champ électroostatique (ouu champ élecctrique) crééé par une chaarge source en un point situé à une distance d de d cette chargee. Poour une chargge source poositive, si on se place en un u point M, o le champ créé c en ce pooint est dans une directionn qui passe ppar la source et M. M. o le sens de ce champ esst orienté de la charge positive vers M o l'intensité du champ vaut E = | | où oùù k est une constante qui q vaut 9,0 × 109 e d la distance entre M et e la charge. N.m2.C-2 et Poour une chargge source négative, si on se place en un u point M o le champ créé c en ce pooint est dans une directionn qui passe ppar la source et M. o le sens de ce champ esst orienté de M vers la chharge négativve. o l'intensité du champ vaut E = | | où oùù k est une constante qui q vaut 9,0 × 109 N.m2.C-2 et e d la distance entre M et e la charge. mp pour le champ c électrrique créé par une chargge positive. Puis P faire unn autre 6. Repréésenter les liggnes de cham schém ma et représennter les lignees de champ pour le cham mp électriquee créé par unee charge nég gative.
