Energie potentielle d’une charge électrique dans un champ électrostatique uniforme

La force électrostatique présente les même propriétés que la force gravitationnelle, à savoir qu'elle est conservative ce qui permet d'introduire tout naturellement les notions d'énergie et de potentiel électrostatique. La connaissance du potentiel suffit alors à décrire complètement les effets électriques.

• QU’EST-CE QUE  LE TRAVAIL D’UNE FORCE ÉLECTROSTATIQUE UN CHAMP ÉLECTRIQUE UNIFORME ?
• QU’EST-CE QU’UN POTENTIEL ÉLECTRIQUE?
• QU’ELLE EST L’ENERGIE POTENTIELLE ÉLECTROSTATIQUE ?
• CONSERVATION DE L’ENERGIE TOTALE D’UNE PARTICULE
• CHARGÉE SOUMISE A UNE FORCE ELECTROSTATIQUE ?
• ÉLECTRON-VOLT UNE AUTRE UNITÉ D’ÉNERGIE.

Rappel

Loi de Coulomb et Notion d’une  force électrostatique

Mise en évidence

Deux charges électriques au repos q et q′ s'attirent ou se repoussent mutuellement avec une force F :

• Proportionnelle à chacune des charges Q et q′
• Dirigée suivant la droite joignant les deux charges
• Inversement proportionnelle au carré de la distance r qui les sépare

$\overrightarrow{F_{A B}}=-\overrightarrow{F_{B A}}=K \frac{q_{A} q_{B}}{d^{2}} \overrightarrow{u_{A B}}$ Avec k= coefficient de proportionnalité $K=\frac{1}{4 \pi \varepsilon_{0}}=9 \times 10^{9} m^{3} \cdot K g \cdot s^{-2} \cdot C^{-2}$ Et on le vecteur champ électrostatique crée par une charge Q s’écrit : $\vec{E}=K \frac{Q}{d^{2}} \vec{u}$

• Direction : droite passante par le centre de la charge.
• Sens : dépend du signe de la charge Q, centrifuge si Q>0, et centripète si Q<0
• Module :

$\mathrm{E}=\mathrm{K} \frac{Q}{d^{2}}$

• Direction : droite passante par le centre de la charge.
• Sens : dépend du signe de la charge Q, centrifuge si Q>0, et centripète si Q<0
• Module : $\mathrm{E}=\mathrm{K} \frac{Q}{d^{2}}$

Lignes de champ électrostatique

On appelle ligne de champ, la ligne à laquelle le vecteur champ électrostatique est tangent en tout point.

superposition de champs électrostatique

Le vecteur champ électrique  crée par un ensemble de charges électriques est égale à la somme vectorielle des champs électriques  que crée chaque charge électrique  seule, et on a : $\vec{E}=\sum \overrightarrow{E_{1}}$

Travail de la force électrique dans un champ électrique uniforme

Activité

On place entre deux plaques parallélépipédique P et N, un pendule électrostatique de charge q positive. Lorsqu’on applique une tension électrique entre les deux plaques, un champ électrostatique uniforme E se crée et la charge q se trouve soumise à une force électrique $\vec{F}$ =  q.$\vec{E}$ ce qui la déplace d’un point A vers un point B. Puisque le champ est uniforme donc la force  $\vec{F}$ est constante. Dans le repère orthonormé (O,$\vec{i}$, $\vec{j}$), trouver l’expression du travail de la force  $\vec{F}$ lorsque la charge se déplace de A vers B . On sait que le travail de la force $\vec{F}$ au cours de déplacement de A vers B est :   $\begin{aligned} W_{A B}(\vec{F}) &=\vec{F} \cdot \overrightarrow{A B} \\ W_{A B}(\vec{F}) &=q \vec{E} \times \overrightarrow{A B} \end{aligned}$

Remarque :

• Cette relation est valable même si le champ électrique n’est pas uniforme. Le travail de la force  est moteur signifie que :

VA −VB > 0 ⇒ VA > VB et le sens de   vers la plaque où le potentiel est petit.

• les tensions sont représentées par des flèches allant du potentiel moins élevé vers le potentiel plus élevé.
• Dans un champ uniforme, l'axe Ox est dirigé toujours dans le sens des potentiels croissants.
• le vecteur champ électrostatique, est dirigé toujours du potentiel plus élevé vers potentiel moins élevé.

D’une façon générale :

Le sens du vecteur champ électrique $\vec{E}$ est dans le sens des potentiels décroissants.

Plan équipotentiel :

Une surface (ou plan) équipotentielle électrique est une surface où la valeur du potentiel électrique est la même en tout point.

Les équipotentielles électriques possèdent les caractéristiques suivantes :

• Le potentiel électrique est égal en tout point de la surface.
• Le champ électrique est perpendiculaire à la surface équipotentielle.
• Le sens du champ électrique définit le sens où il y a une chute de potentiel.

Remarque :

Les plans équipotentiels sont des plans parallèles entre eux et perpendiculaire au vecteur champ électrique $\vec{E}$.

Énergie potentielle électrostatique

لمواصلة هذا الملخص، قم بالتسجيل بالمجان في كيزاكو

النسخة المجانية لكيزاكو:

• ملخصات الدروس غير محدودة
• فيديو مجاني في كل درس
• تمرين مصحح مجاني
• اختبار تفاعلي

إنشاء حساب مجاني