Electricité: électrostatique : Électrostatique cours exercices et examens corrigés (classe
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Télécharger packTables des matières Notes de cours Chapitre I - CHARGE ET INTERACTIONS ELECTROSTATIQUES Chapitre II - CHAMP ET POTENTIEL ELECTROSTATIQUES 7 Chapitre HI- THEOREME DE GAUSS 17 Chapitre IV - LE DIPOLE ELECTROSTATIQUE 28 Exercices corrigés Calcul de la force et du champ électrostatiques crées par des charges ponctuelles 35 Calcul direct du potentiel et du champ électrostatique crées par une distribution continue de charges 39 Calcul du champ et du potentiel électrostatique crées par une distribution continue de charges à partir du théorème de Gauss 56 Examens corrigés Examen ESSTT 2003 .68 Examen IPEI-El Manar 2007 76 Examen IPEI-El Manar 2008 82 Annexe 1 : Systèmes des coordonnées à axes orthogonaux 88
Chapitre I CHARGE ET INTERACTIONS ELECTROSTATIQUES I-1 INTRODUCTION L'électrostatique est la branche de la physique qui étudie les phénomènes (champ et potentiel électrostatique) créés par des charges électriques statiques pour l'observateur. Les forces électrostatiques sont décrites par la loi de Coulomb qui présente une certaine analogie avec l'interaction gravitationnelle. 1-2 LA CHARGE ELECTRIQUE 1-2.1 Définition La charge électrique d'une particule est une grandeur scalaire (algébrique) qui caractérise les actions électromagnétiques subies ou exercée par la particule. La charge électrique joue dans l'interaction électrostatique k même n5k que joue k masse (scalaire positive) dans l'interaction gravitationnelle. les expériences d'électrisation montrent qu'il existe deux classes de particules chargées : deux particules chargées d'une même classe se repoussent alors que deux particules chargées appartenant à des classes différentes s'attirent. Par convention, l'une des classes sera dite chargée positivement, l'autre chargée négativement. Ainsi, si k proton est affecté d'une charge positive et l'électron d'une charge négative, aucune considération physique ne peut justifier ce choix qui n'a aucune incidence sur la théorie de l'électromagnétisme. 1-2.2 Quantification de la rhume A l'échelle microscopique, l'expérience montre (Millikan, 1913), montre que la charge électrique varie de façon discontinue et sc présente par unité sous forme de quantité bien déterminée. On dit qu'elle est quantifiée. Sa valeur est un multiple entier d'une charge qu'on peut prendre comme charge élémentaire, notée e. C'est la valeur absolue de la charge de l'électron e = 1,60219 10'19 C. Les particules élémentaires, constituants de la matière, ont pour charges: - électron : q = -e = -1,60 10-19C - proton : q = + e =1,60 10-.9C - neutron : la charge est nulle. L'unité de la charge est le coulomb C dans le SI. (MKSA). C'est la quantité de charge transportée par un courant de 1 Ampère pendant 1 seconde (Q = I 0. 1 C = 6,25 101. e C'est un nombre élevé de particules. Dans la pratique, on utilise le mC et le pC. Notons, qu'à l'échelle macroscopiques (grand nombre de charge élémentaires) la nature discontinue de la charge n'a plus de sens la charge électrique parait être une grandeur susceptible de variation continue. 1-2.3 Invariance de la charte électrique Le principe de conservation de la charge est des principes fondamentaux de conservation qui sont à la base de la physique, tels que la conservation de l'énergie, de la quantité de mouvement, du moment cinétique, ... La charge totale d'un système n'est pas modifiée par suite du mouvement des charges. La loi de conservation de la charge est valable en relativité, c'est-à-dire même si la charge se déplace à une vitesse proche de celle de la lumière. On dit que la charge électrique est une