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Activités Pratiques et simulations Électrostatique 1ère ACP 2020/2021 Nom : kha

Activités Pratiques et simulations Électrostatique 1ère ACP 2020/2021 Nom : khairallah\ait el arabi Prénom :mohammed\youssef Activité 1 : Loi de Coulomb ⮚Se rendre sur le lien suivant : https://sites.uclouvain.be/didac-physique/didacphys/animations/elec/loi_de_Coulomb.html ⮚La présente animation permet de comprendre et de vérifier la loi de Coulomb. ⮚Elle permet de tester la force exercée sur chacune des deux charges placées à proximité l'une de l'autre. ● Quelle est l’expression de la loi de Coulomb ? ⃗ F= q1q2 ⃗ r 4 π ε 0r 3 ⮚En modifiant les différents paramètres de la simulation, répondez aux questions suivantes : ■ Sur laquelle des deux charges la force est-elle la plus grande ? On remarque une Egalite au niveau des forces même si changement de la distance entre eux. ■ Y’a-t-il une charge qui est attirée par l'autre et l'autre repoussée, selon leur signe ? On remarque une attraction des entre les charges de même signe et répulsion des charges de signe oppose. ■ Etant donnés la distance et les grandeurs des charges, calculez la norme de la force et vérifiez votre réponse. On pose : q1=-4µc ; q2=8µc ; r=3cm ; ε0=8,85*10-12 F.m-1 F → = 4 ×8×10 −12 π ×8,85×10 −12×(0,03) 2 F=319,70N≈319.557N. ■ Augmentez la distance. Comment varie la force ? L’augmentation de la distance porte avec elle une diminution de la force. ■ Augmentez la grandeur d'une des charges. Comment varie la force ? La force varie d’une manière négative car lorsqu’on passe -4 vers 0 on remarque diminution de la force de la charge, et vice versa lorsqu’on passe de 0 vers 10. ■ Changez le signe d'une des charges. Comment varie le sens des 2 forces ? Le changement d’un signe des charges porte une variation au niveau de sens des deux forces ‘’répulsion ‘’. ■ Changez les signes de deux charges. Comment varie le sens des 2 forces ? Le changement des deux signes n’apporte avec lui aucun changement au niveau de sens des deux forces c-à-d on reste en ‘’attraction’. Activité 2 : Lignes de champ et surfaces équipotentielles Cette animation permet de construire les lignes du champ électrique de différentes distributions électrostatiques ainsi que les surfaces équipotentielles. ⮚Se rendre sur le lien suivant : http://www.sciences.univ- nantes.fr/sites/genevieve_tulloue/Elec/Champs/lignes_champE.html 1.Type de distribution : charges ponctuelles. ⮚Commencer par choisir la distribution : charges ponctuelles ⮚Pour chaque cas, tracer les lignes de champ et les surfaces équipotentielles en cliquant sur des positions (point M) différentes de l’espace. ● Qu’est-ce qu’une ligne de champ ? Comment on l’exprime ? Un champ électrostatique s'exprime en Newton par Coulomb ou en Volt par mètre. Ses lignes de champ partent des charges + pour aller vers les charges -. Une charge q plongée dans le champ subit une force électrostatique donnée par la loi de Coulomb et par la relation. S’exprime comme suite : ds=⃗ X .⃗ dOM ● Qu’est-ce qu’une surface équipotentielle ? Une surface équipotentielle est une surface ou le potentiel reste constant en tout point du plan. Définie par :V (x , y, z)=V 0=Cst ⮚Construire la distribution comme suit : - Cas 1 : on choisit 2 charges de même signe et de même valeur quelle que soit la distance entre elles. Capturer l’écran et insérer l’image obtenue ici. Commenter : On observe que les lignes de champs sont convergentes et perpendiculaires au surface équipotentielle, et donc puisque les deux charges son positive alors que l’equipotentiallite est positive. Cas 2 : on choisit 2 charges de signes différents et de même valeur quelle que soit la distance entre elles. Capturer l’écran et insérer l’image obtenue ici. Commenter : les lignes de champs se déplace du côté positive vers le négative en restant perpendiculaire sur la surface équipotentielle, pour l’équipotentielle on remarque que chaque potentiel tourne autour de sa propre charge sans se rencontrer. - Cas 3 : on choisit une distribution de type (q,-q,q,-q) disposée sous forme d’un carré. Capturer l’écran et insérer l’image obtenue ici. Commenter : les lignes de champs sortent du côté positive se déplace vers le côté négatif en gardent la perpendicularité en surface équipotentielle, chaque équipotentiel construit une sphère autour de sa propre charge, et on remarque que pour les charges identiques les équipotentiels s’attirent entre eux. - Cas 4 : on choisit une distribution de type (q,-q,-q) disposée sous forme d’un triangle. Capturer l’écran et insérer l’image obtenue ici. Commenter : déplacement des charges positif vers les deux charges négatives disponible. Pour les 2 équipotentielles négatives, ils renferment les 2 charges négatifs et celui positif renferme la charge + sans que les équipotentielles négatives et le positive soient attachés ou liés entre eux. 2. Type de distribution : dipôle ⮚Pour chaque cas, tracer les lignes de champ et les surfaces équipotentielles en cliquant sur des positions (point M) différentes de l’espace. ● Quelle est l’équation d’une ligne de champ dans un dipôle ? Les lignes du champ sont définies par l’équation : ⃗ dl ⃗ E=⃗ 0 ● Quelle est l’équation d’une surface équipotentielle dans un dipôle ? V(M)= 2acos⁡(θ)×q 4 πε 0×r 2 =V0 =constante ⮚Construire maintenant le dipôle comme suit : - Cas 1 : on choisit 4 charges et un moment horizontal dirigé vers la droite. Capturer l’écran et insérer l’image obtenue ici. Commenter : on remarque que les lignes du champ sont toujours perpendiculaires aux équipotentielles avec déplacement des charges positives vers la négative. Ainsi au voisinage d’une charge, son potentiel l’emporte sur le potentielle de l’autre charge et la surface équipotentielle est pratiquement une sphère - Cas 2 : on choisit 2 charges et un moment vertical dirigé vers le haut. Capturer l’écran et insérer l’image obtenue ici. Commenter : on constate que les lignes du champ sont toujours perpendiculaires aux équipotentielles avec déplacement des charges positives vers la négative. Activité 3 : Le condensateur ⮚Se rendre sur le lien suivant : https://phet.colorado.edu/sims/html/capacitor-lab-basics/latest/capacitor-lab- basics_fr.html ⮚La présente animation permet de comprendre le champ et le potentiel électrostatique dans un condensateur plan ainsi que la relation entre la capacitance et les dimensions du condensateur. 1. Etude de la capacitance du condensateur ⮚Commencer par choisir l’animation « capacitance ». Votre dispositif se compose d’une pile, d’un condensateur plan et d’un voltmètre. ⮚Régler les dimensions initiales du condensateur (en ajustant les flèches vertes) comme suit : Séparation : 2 mm, Surface de la plaque : 100 mm2 ⮚Changer les dimensions du condensateur, et noter la valeur de la capacitance sur les tableaux suivants : Séparation e (mm) S fixée à 100 mm2 2 4.2 6.5 7.3 8.2 10 Capacitance C (F)*10-12 0.44 0.21 0.13 0.12 0.11 0.09 Surface de la plaque (mm2) e fixée à 4 mm 100 150 200 250 300 400 Capacitance C (F)* 10-12 0.22 0.33 0.44 0.55 0.66 0.89 ⮚Quelle est la relation qui permet d’exprimer la capacitance d’un condensateur en fonction de la surface et de la séparation des plaques ? ∁= S×ϵ 0 e ⮚Tracer deux courbes traduisant les données du tableau. (Insérer la courbe ici) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 Séparation en (mm) fixée à 100 mm2 Capacitance C (F)*10-12 50 100 150 200 250 300 350 400 450 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 Surface de la plaque en(mm2) fixée à 4 mm Capacitance C (F)* 10-12 ⮚Commenter Pour le premier graphe en remarque une diminution de la capacitance avec diminution de la surface séparer les deux charges. Pour le deuxième graphe on remarque une augmentation de la capacitance avec augmentation de la surface des plaques. ⮚Afin de charger le condensateur, on modifie la charge de la pile : ⮚Mettez le bouton de large sur la pile sur +1,5 V. ⮚Observez les charges sur les plaques du condensateur. Qu’est-ce que vous remarquez ? On remarque une augmentation de l’énergie stockée, ce qui est expliquer par la différence des deux charges. ⮚Mesurer avec le voltmètre la différence de potentiel aux bornes du condensateur. Ensuite augmentez la tension de la pile. Comment varie la charge ? La différence de potentiel ? Le champ électrique ? La capacité ? On remarque une augmentation au niveau de nombre de charge, potentiel et Le champ électrique c’est dernier qui se déplace de la plaque positive vers négative (dirigé vers le bas) et La capacité reste constante. ⮚Donnez la même valeur de tension à la pile mais en négatif. Comment cela modifie-t- il la charge ? La différence de potentiel UC ? Le champ électrique ? La capacité ? Après qu’on donne une valeur négatif a la pile on remarque un changement de signe au niveau du potentiel (devient négatif), déplacement de champ électrique du pole positif vers le négatif, dernièrement la capacité qui reste constant. ⮚Augmentez la distance entre les plaques. Comment varie la charge ? La différence de potentiel UC ? Le champ électrique ? La capacité ? Si on augmente la distance entre les 2 plaques : La charge diminue. Le potentiel reste constant. Le champ part de la uploads/Litterature/ tp-physique-a-a-clectrostatique.pdf