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Physique-Chimie 1re

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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE


3
Le champ électrostatique d’un condensateur plan





Un condensateur est un objet capable de stocker de l’énergie grâce aux charges accumulées sur ses armatures.

➜ Comment décrire le champ électrostatique créé par le condensateur plan ?

Une opinion ?

La géométrie du condensateur nous donnet-elle des indices sur le champ électrostatique ?

Doc. 1
Le condensateur plan

Un condensateur est constitué de deux armatures conductrices, entre lesquelles on applique une différence de potentiel ou tension. Les armatures, portées à deux potentiels différents, vont se charger suite à un déplacement d’électrons.

Le condensateur plan

Doc. 2
Du potentiel au champ

Carte météo

La tension électrique UABU_{\mathrm{AB}} entre deux points A\text{A} et B\text{B} est égale à la différence des potentiels électriques VAV_{\mathrm{A}} et VBV_{\mathrm{B}} de ces deux points, UAB=VA−VBU_{\mathrm{AB}}=V_{\mathrm{A}}-V_{\mathrm{B}}. Dans le montage du doc. 1, une plaque est reliée à la masse du générateur donc VB=V_{\mathrm{B}}= 0 V. La sonde mesure donc directement VAV_{\mathrm{A}}. En reliant les points de même potentiel VA=V_{\mathrm{A}}= 0, on trace les lignes équipotentielles.

Ces équipotentielles sont perpendiculaires aux lignes de champs. Les lignes équipotentielles sont comparables aux lignes isothermes ou aux lignes isobares sur une carte météo par exemple.

Doc. 3
Matériel nécessaire

  • Deux plaques de cuivre et deux pinces crocodiles ;
  • Un voltmètre ;
  • Trois fils électriques et une sonde ;
  • Un générateur de tension continue de 6 V ;
  • Une solution aqueuse de sulfate de cuivre (II) CuSO4\mathrm{CuSO}_{4} (0,01 mol·L‑1) ;
  • Une cuve rectangulaire disposant d’un quadrillage.

Doc. 4
Modélisation d’un condensateur plan

Modélisation d’un condensateur plan

Compétences

✔ APP : Extraire l’information utile

✔ RAI/ANA : Construire un raisonnement

Questions

Voir les réponses
1. Doc. 4 Placer la sonde à différents endroits des deux plaques. Commenter les mesures.


2. Doc. 2 et 4 Élaborer un protocole permettant de cartographier les potentiels VV.


3. Mettre en œuvre le protocole de manière à cartographier les équipotentielles égales à 0,5 V, 1 V, 1,5 V, …, 5 V et 5,5 V.

4. Doc. 2 Tracer les équipotentielles puis en déduire les lignes de champ.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


5. On peut calculer l’intensité du champ électrique EE à partir du potentiel électrique à l’aide de la relation : E=VxE=\dfrac{V}{x} où xx est la distance à la plaque B.\text{B.} Calculer EE à différents endroits.


6. Représenter les vecteurs E⃗\vec{E} à différents points entre les plaques. Que constate-t-on ?

Synthèse de l'activité

Voir les réponses
Le vecteur champ électrostatique créé entre les deux plaques est uniforme. Donner une définition d’un champ uniforme.
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