Premiére CD - Eléctricité

Exercice champ électrostatique

CHAMP ELECTROSTATIQUE

Force et champ

 

I-  1° Un proton portant une charge élémentaire est placé dans un champ électrique de norme . Calculer la norme de la force subie par cette particule.

       2° Un ion est soumis à un champ électrostatique ;  la norme de la force subie par cette particule est égale à 3,84.10-17N. Calculer la norme du champ. 

 

II- Déterminer le champ électrostatique (direction, sens et intensité) capable de produire sur un électron une force compensant son poids. Conclure.

Même question pour un proton.

Données :  mo = 9,1.10-31kg ; mp = 1,67.10-27kg ; g = 9,8m.s-2

 

III- Deux charges électriques :

qA = 100pC   et qB=-200pC

sont placées en des points A et B distants de 20cm.

1/ Comparer les forces d’origine électrostatique s’exerçant sur ces deux charges sachant que ces forces obéissent au Principe d’interaction.

2/ Le champ électrostatique créé en A par qB est égal à 45V.m-1. Donner les caractéristiques du champ crée en B par qA.

 

IV- Un pendule électrostatique est placé dans un champ électrostatique ; sa charge est négative. On a représenté sur la figure les forces dues au poids et à la tension du fil. Echelle :   1cm = 10-2N ; α =45°.

 

 

 

 

 

 

1/ Déterminer graphiquement la force créée par le champ électrostatique.

2/ La charge est négative, égale à -10-5 C. Déterminer la direction, le sens et la norme du champ électrostatique.

 

V- La boule, chargée positivement, d’un pendule électrostatique est placée dans un champ électrostatique uniforme horizontal. Son poids est de 10-2N ; à l’équilibre, le fil fait un angle de 20° avec la verticale.

1/ Faire un schéma du pendule à l’équilibre.

2/ Déterminer graphiquement la tension du fil et la force électrostatique.

3/ Retrouver les normes de ces forces par le calcul en se servant de relations trigonométriques dans un triangle rectangle.

 

VI- Dans une région de l’espace, où tout point M est repéré dans un repère orthonormal , on superpose deux champs uniforme représentés par les vecteurs  et . L’unité de champ électrique est le V.m-1.

1/ Montrer qu’en tout point de cette région de l’espace il existe un champ électrostatique uniforme. Déterminer sa norme  et  l’angle .

2/ Calculer la force subie par un ion Cu2+ placé en un point de ce champ. On déterminera la norme et l’angle .

 

VII- Deux pendules électrostatiques identiques de masse 0,1g portent chacun une charge q = 1,14.10-8 C.

Disposés comme l’indique la figure, ils s’écartent de 10° de la verticale.

Déterminer le champ électrostatique créé en A par la charge q placée en B si l’on admet que ce champ est horizontal.

Donnée :   g = 9,8 m.s-2.

 

 

 

 

 

VIII- Deux petites sphères métalliques et identiques sont fixées aux extrémités A et B d’une barre. On a :

AO = OB = l

Les sphères sont chargées et portent respectivement les charges q et –q. On introduit ce dispositif entre deux plaques parallèles. Lorsque celles-ci sont branchées à la terre, la barre AOB est parallèle aux plaques, et le fil n’est pas tordu. Lorsque les plaques sont branchées à la terre, la barre AOB est parallèle aux plaques, et le fil n’est pas tordu. Lorsque les plaques sont branchées à un générateur haute tension, il existe un champ électrostatique uniforme perpendiculaire aux plaques. La barre AOB fait alors un angle α avec la direction précédente et reste horizontale.

 

 

 

 

 

 

 

1/ Calculer en fonction de l,α, q et  le moment des forces électrostatiques par rapport à l’axe de rotation du dispositif.

2/ Calculer le moment du poids du système par rapport à l’axe d rotation.

3/ Le dispositif étant en équilibre, le fil de torsion exerce des actions mécaniques dont le moment par rapport à l’axe de rotation est proportionnel à l’angle de rotation α :

  avec C = 13,5.10-7N.m.rad-1.

Calculer q sachant que : E = 272V.m-1 ; l = 15cm ;  α = π/6.

 

Champ et potentiel

 

IX- La différence de potentiel entre deux plaques conductrices parallèles et distantes de 12cm est :

VP-VN = 600V.

1/ Préciser, à l’aide d’un schéma, les caractéristiques du champ électrostatique régnant entre ces plaques.

2/ A quelle distance de N se situe le plan équipotentiel 100V ? (On prendra pour référence VN = 0V)

 

X- Soient 2 points A (2, 5, 7) et B(0, 1, 2) d’un repère (O, x, y, z), l’unité de longueur étant le décimètre.

Ces points sont dans un champ électrostatique uniforme

 est le vecteur unitaire de Oz.

On constate que VA-VB = -50V. En déduire Eo.

 

XI- 1/ Soit un champ uniforme  tel que :

E = 300V.cm-1

est un repère orthonormal. L’unité de longueur est le centimètre. Calculer la différence de potentiel entre les points A(3, 2, 1) et B(5, 0, 8).

2/ On superpose au champ précédent le cham :

   avec   E1 = 400V.cm-1

Calculer la nouvelle différence de potentiel entre les points A et B.

 

XII- On considère l’expérience schématisée sur la figure ci-dessous.

 

 

 

 

1/ La charge q est négative. Quel est le signe de u ?

2/ Caractériser le champ électrostatique régnant entre ces plaques distantes de 10cm pour .

3/ La charge q est égale à 20Nc. Sachant que le poids du pendule est égal à 10-2N ; déterminer l’angle α.

4/ Que devient l’angle α si q = 80Nc ?

 

XIII- Des gouttes d’huile électrisées peuvent se déplacer entre deux plateaux métalliques horizontaux, distants de 7mm. L’une des gouttes, de rayon 0,88.10-6m, reste immobile lorsque la d.d.p. appliquée entre les plaques vaut 245V, la plaque supérieure étant chargée positivement.

Calculer la charge de la goutte d’huile. Comparer ce résultat à la charge électrique élémentaire.

Données : masse volumique de l’huile : 800kg.m-3 ; volume d’une sphère de rayon R :  ; intensité du champ de pesanteur : g = 9,8 m.s-2

 

 

 

 

 

 

 

 

 



Last modified: Monday, 4 January 2016, 9:30 AM
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