Champ électrostatique

المجال الكهرساكن

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Cours complet

Contenu du cours

Champ électrostatique radial d'une charge ponctuelle et champ uniforme entre deux plaquesPanneau a : autour d'une charge ponctuelle positive, huit vecteurs champ répartis dans toutes les directions pointent vers l'extérieur : le champ est radial et divergent. Panneau b : entre deux plaques parallèles, l'une chargée positivement en haut et l'autre négativement en bas, cinq vecteurs champ identiques et parallèles dirigés de la plaque positive vers la plaque négative traduisent un champ uniforme, de valeur E égale à U divisé par d.Champ électrostatique : radial autour d'une charge, uniforme entre deux plaquesLe vecteur champ indique la force que subirait une charge positive placée là(a) Charge ponctuelle positive+Le champ « part » d'une charge positiveet « rentre » dans une charge négative.(b) Entre deux plaques : champ uniforme+EMêmes direction, sens et valeur partout :le champ est uniforme. E = U / dUne charge q y subit la force F = q·E.
Autour d'une charge ponctuelle le champ est radial et décroît avec la distance ; entre deux plaques parallèles il est uniforme : , et une charge y subit la force .

1. Interaction électrostatique

Deux corps chargés électriquement exercent l'un sur l'autre une action mécanique à distance appelée force électrostatique (ou force de Coulomb). Si les charges sont de même signe, la force est répulsive ; si elles sont de signes opposés, elle est attractive. Cette interaction se transmet dans l'espace grâce à un champ électrostatique créé par chaque charge.

2. Loi de Coulomb

Pour deux charges ponctuelles et placées dans le vide (ou dans l'air) et séparées par une distance , la force électrostatique a pour norme , avec la constante de Coulomb. Vectoriellement, la force exercée par sur s'écrit , où est le vecteur unitaire dirigé de vers .

3. Notion de champ électrostatique

Une charge crée en tout point de l'espace qui l'entoure un champ électrostatique . Ce champ se manifeste par une force exercée sur toute charge test placée en . Le champ électrostatique s'exprime en volt par mètre (V/m), unité équivalente au newton par coulomb (N/C).

4. Champ créé par une charge ponctuelle

Une charge ponctuelle placée en un point crée en un point tel que un champ , où est le vecteur unitaire de la droite , orienté de vers . Si , le champ s'éloigne de la charge ; si , il est dirigé vers la charge.

5. Lignes de champ et spectre électrique

Une ligne de champ est une courbe orientée, tangente en chacun de ses points au vecteur . L'ensemble des lignes de champ constitue le spectre électrique. Les lignes de champ sortent des charges positives et entrent dans les charges négatives ; elles ne se croisent jamais, et leur resserrement traduit l'intensité locale du champ.

6. Champ électrostatique uniforme : le condensateur plan

Entre deux plaques planes et parallèles distantes de , portant des charges opposées et soumises à une tension , le champ électrostatique est uniforme (même direction, même sens, même norme en tout point) et vaut . Les lignes de champ y sont parallèles, équidistantes, orientées de la plaque positive vers la plaque négative.

7. Principe de superposition

Lorsque plusieurs charges ponctuelles créent chacune un champ au même point , le champ résultant est la somme vectorielle des champs créés par chaque charge : . Cette somme doit être effectuée vectoriellement (norme, direction et sens), et non de façon algébrique, sauf si les vecteurs sont colinéaires.

8. Mouvement d'une particule chargée dans un champ uniforme

Une particule de charge et de masse placée dans un champ uniforme subit une force , donc une accélération , constante et indépendante de la vitesse. Ce principe est à la base du fonctionnement des tubes cathodiques et des dispositifs de déviation de particules chargées entre plaques.

📈 Figure clé

Exemple résolu 1 : Champ créé par un doublet de charges

Deux charges ponctuelles et sont placées en et avec . On cherche le champ électrostatique au point , milieu de .

Distances : .

Champ dû à : , dirigé de vers (charge positive, champ sortant).

Champ dû à : , également dirigé de vers (charge négative, champ entrant vers ).

Résultante : les deux vecteurs étant colinéaires et de même sens, , dirigé de vers .

Exemple résolu 2 : Accélération d'un proton dans un condensateur plan

Un condensateur plan a ses plaques distantes de , soumises à une tension . Un proton (charge , masse ) est abandonné sans vitesse initiale près de la plaque positive.

Champ électrostatique : .

Force électrique : .

Accélération : .

Vitesse à l'arrivée sur la plaque négative (MRUV, ) : .

🔑 Formules clés à retenir

الصيغ الأساسية

  • — قانون كولوم (المنظم) ؛ بـ N، بـ C، بـ m.
  • — قانون كولوم (بالصيغة المتجهية).
  • — ثابتة كولوم.
  • — سماحية الفراغ.
  • — الحقل المحدث من طرف شحنة نقطية ؛ بـ V/m (أو N/C).
  • — منظم الحقل المحدث من طرف شحنة نقطية.
  • — العلاقة بين القوة الكهرساكنة والحقل.
  • — حقل منتظم بين لبوسي مكثف مستو ؛ بـ V، بـ m، بـ V/m.
  • — مبدأ تراكب الحقول.
  • — تسارع شحنة داخل حقل منتظم.
  • — الشحنة الأولية.
  • — منظم الحقل المحصل لحقلين متعامدين.
  • — السرعة النهائية لشحنة تنطلق بسرعة منعدمة على مسافة (حركة مستقيمية متغيرة بانتظام).
⚠️

Astuces & Pièges à éviter

Les erreurs classiques — à lire avant les exercices !

الأخطاء الشائعة الواجب تفاديها

  • القوة ≠ الحقل : لا تخلط بين (بالنيوتن، وتتعلق بشحنتين) و (بـ V/m، وهو خاصية للنقطة محدثة من طرف شحنة واحدة). والعلاقة الرابطة بينهما هي .
  • منحى متجهة الحقل : الحقل المحدث من طرف شحنة سالبة يتجه نحو الشحنة، لا نحو الخارج. فتحقق دائما من إشارة قبل رسم المتجهة .
  • مربع المسافة والوحدات : في ، يجب أن تكون بالمتر ؛ ونسيان تحويل السنتيمترات يفسد النتيجة بمعامل .
  • التراكب متجهي لا جبري : عموما (إلا في حالة حقلين على نفس المستقيم وفي نفس المنحى) ؛ بل يجب تركيب المتجهات (المنظم، الاتجاه، المنحى).
  • الحقل المنتظم لا يصح إلا بين اللبوسين : تصف المكثف المستوي بعيدا عن الحافتين، وليست صيغة الحقل المحدث من طرف شحنة نقطية.
  • رتب قدر و : قيمة كبيرة جدا، و قيمة صغيرة جدا ؛ والخلط بينهما يؤدي إلى نتائج غير معقولة.

أسئلة شائعة

كم تمرينًا مصحّحًا في درس «المجال الكهرساكن» ؟ +

يتوفّر 11 تمرينًا مصحّحًا مرتّبة حسب الصعوبة مع التصحيح المفصّل، مجّانًا على أطلس ماث.

كيف أراجع درس «المجال الكهرساكن» في 1ère Bac ؟ +

ابدأ بملخّص الدرس والصيغ الأساسية، ثم أنجز التمارين المصحّحة، وأنهِ بامتحان تجريبي محدّد بالوقت.

هل درس «المجال الكهرساكن» مقرّر في الامتحان الوطني ؟ +

نعم، هذا الدرس جزء من المقرّر الرسمي لـ1ère Bac بالمغرب ويظهر بانتظام في الامتحانات الوطنية.

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