ELECTROSTATIQUE

Frottons les tiges avec un tissu en laine… La charge électrique est une propriété d’un corps frotté qui lui permet d’attirer ou de repousser d’autres corps Charge électrique Tige d ’origine résineuseTige d ’origine vitreuse La convention de Franklin - + Franklin choisit arbitrairement d’utiliser le terme « positif » avec le type de charge acquis par une tige de verre frottée avec de laine, et « négatif » avec celui acquis par une tige en ambre frottée avec le même tissu. Attraction des tiges différentes Répulsion des tiges identiques

Méthodes d’électrisation  par frottement (Machine de Winshurt)  par contact  par influence  par compression = piézoélectricité  par chauffage = pyroélectricité

Mesures de la charge électrique Electroscope Mesure de la tension aux bornes d ’un condensateur Mesure de la déviation d ’un galvanoscope balistique q  Mesure q  la force de Coulomb  Charge Q Le spot revient le plus rapidement à sa position de repos sans la dépasser (rég. oscillatoire - rég. apériodique)

Expérience de Millikan (Nobel 1923) (voir Chap.2 Applications…)Chap.2 Applications Il s'agit de l'expérience de la goutte d'huile de Millikan Cette expérience permet la quantification de la charge électrique. Il établit entre deux plaques parallèles horizontales un champ électrique E vertical qui pouvait être coupé ou établi. La plaque supérieure possédait un orifice en son centre à travers lequel pouvaient passer des gouttes d’huile produites par un atomiseur. Les gouttes se chargeaient par frottement au passage de la buse de l’atomiseur.

Quantification de la charge électrique Toute charge électrique Q est un multiple de la charge élémentaire e = 1, C  Q = n.e Discontinuité de la charge (électrolyse - Faraday 1833) Système discret Lors d ’une électrolyse, les quantités de matière décomposées et libérées à chacune des électrodes sont proportionnelles à la quantité d ’électricité q qui a traversé l ’électrolyte Distribution de charges q1q1 q2q2 q3q3 q4q4 Système continu S V la charge électrique totale d’un système isolé reste constante Les quarks possèdent des charges e/3 et 2e/3. Ces charges n’apparaissent cependant pas comme des charges libres.

Matière Isolants (diélectriques) Conducteurs (Métaux) Absence de charges libres de se déplacer. Déplacement de charge au niveau atomique ou moléculaire sous l ’effet d ’un champ électrique extérieur. Résistance électrique grande Existence de charges libres Résistance électrique faible

Loi de Coulomb Mesure faite à partir d’une balance de torsion en 1784 q1q1 q2q2 u 1,2 r q1q1 q2q2 r q 1 et q 2 de signes différents q 1 et q 2 même signes > 0< 0 Loi définissant la charge électrique Force exercée par la charge 1 sur la charge 2

Commentaires Dans un milieu diélectrique, remplacer  0 par  =  r.   avec  r permittivité relative nombre sans dimension  r (eau) = 81 r u 1,2 q1q1 q2q2 q 1 et q 2 sont des charges ponctuelles La loi de coulomb s’applique à des charges immobiles Elle reste valable pour des vitesses petites devant la vitesse de la lumière  0 : permittivité électrique du vide

Champ électrostatique Une charge électrique q 1 (source) modifie les propriétés électriques de l’espace environnant. On dit que la charge q 1 (source) crée un champ électrique Si l’on place une charge électrique q 2 (test) au voisinage, cette charge est soumise à une force (de Coulomb) telle que

Définition Le champ électrostatique créé par une charge q 1 (source) en un point M à la distance r de la charge est le quotient de la force à laquelle est soumise une charge q (test) placée en M par la valeur de cette charge Unités N.C -1 ou V.m -1 r urur q1q1 M direction radiale sens intensité source du champ distance source  point « centrifuge » « centripète » Sources de champ électriques charges électriques champ magnétique variable dans le temps

Champ électrostatique créé par une charge ponctuelle unique Si q > 0 le champ fuit q Si q < 0 le champ est dirigé vers q qq « centrifuge » « centripète »

Champ électrostatique créé par un système de charges ponctuelles discrètes Le champ résultant en un point M est la somme des champs créés par chaque charge q 1 >0 M q 3 <0 q 2 >0 q 4 <0

Champ électrostatique créé par une distribution de charges continues Distribution Volumique Le champ résultant créé par l’ensemble de la distribution est la somme des champs élémentaires V Cette charge élémentaire est assimilable à une charge ponctuelle. Cette charge crée le champ élémentaire

Suite Distribution surfacique Le champ résultant créé par l’ensemble de la distribution est la somme des champs élémentaires S Cette charge élémentaire est assimilable à une charge ponctuelle. Cette charge crée le champ élémentaire

Suite Distribution linéique Le champ résultant créé par l’ensemble de la distribution est la somme des champs élémentaires Cette charge élémentaire est assimilable à une charge ponctuelle. Cette charge crée le champ élémentaire

Lignes de champ Définition –ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ –orientée dans le même sens que le champ Propriétés –lignes parallèles si le champ est uniforme –lignes qui se resserrent quand le champ augmente et inversement –deux lignes de champ ne peuvent se croiser Equations –M et M’ deux points infiniment voisins d’une ligne de champ