Chapitre 19 – Charges, forces et champs électriques

1. Chapitre19 – Charges, forces et champs électriques Sec. 19-1 Charge électrique (bref) Sec. 19-2 Conducteurset isolants (bref) Sec. 19-3 Loide Coulomb Sec. 19-4 Champ électrique Sec. 19-5 Lignesde champ électrique Sec. 19-6 Induction (bref) Sec. 19-7 Flux électrique et Loi de Gauss (omis)

2. Sec. 19-1 Charge électrique • Charge électrique • Propriétéd’uneparticulechargée; pas uneparticule • Unité: Coulomb (C) • Symbole: Q ou q • Quantifiée: q = entier× e • Charge élémentairee = 1.60×10-19 C • Charge de l’électron –e (elektron = ambre, en grec) • Charge conservée au coursde réactions • Particules avec (1) charges demêmesigne se repoussent, (2) charges de signesopposéss’attirent

3. Fig. 19-3 Charge + : atomeionisé (qui a perdu un/des électrons) Charge − : électron(s) gagné(s)

4. Question 19.2aConductors I a) positive b) negative c) neutral d) positive or neutral e) negative or neutral A metal ball hangs from the ceiling by an insulating thread. The ball is attracted to a positive-charged rod held near the ball. The charge of the ball must be:

5. a) 00 b) + – c) – + d) + + e) – – 0 0 ? ? Question 19.2bConductors II Two neutral conductors are connected by a wire and a charged rod is brought near, butdoes not touch. The wire is taken away, and then the charged rod is removed. What are the charges on the conductors?

6. Sec. 19-2 Conducteurs et isolants Conducteurs – les atomeslibèrent des électronslibres de se déplacerdans le matériau. Isolants – les électrons ne peuvent pas se déplacer d’un atomeàl’autre Remarque les isolantspeuventêtrechargésaussibienque les conducteurs. Mais les isolants ne peuvent transporter de charges. Ne pas confondrecharge et courant. Semiconducteurs – propriétésintermédiaires entre isolants et conducteurs Supraconducteurs – (en anglais, superconductors) matériaux qui, àtrès basses températures, ontune résistance électriquenulle et dont les champs magnétiquessontexpulsés.

7. Remarque – force électriquegénérale Uneparticule de charge q plongéedans un champ électriqueE (en N/C), subitune force Fdonnée par F = qEEq 19-9 La prochaine section décrit le casparticulierd’unecharge ponctuelle. Pour des systèmes de charges plus compliqués, ilfaututiliserl’Eq. 19-9. Nous reviendronsàEà la Section 19-4.

8. Sec. 19-3 Loi de Coulomb Loi de Coulomb (établie en 1788) Eq. 19-5 où la constante de permittivité du videest Encore unefois:valideseulement pour des charges ponctuelles!

9. Fig. 19-8. Principe de superposition Somme de vecteurs!

10. +4Q +Q a b c e d 2R R 3R Question 19.4bElectric Force II Two balls with charges +Q and +4Q are separated by 3R. Where should you place another charged ball Q0 on the line between the two charges such that the net force on Q0 will be zero?

11. e p Question 19.5aProton and Electron I a)it gets bigger b) it gets smaller c) it stays the same A proton and an electron are held apart a distance of 1 m and then released. As they approach each other, what happens to the force between them?

12. +2Q a b c +4Q d d +Q e d Question 19.6Forces in 2D Which of the arrows best represents the direction of the net force on charge +Q due to the other two charges?

13. Densitélinéique [C/m] de charge λ Densitésurfacique[C/m2] de charge σ Eq. 19-7 Densitévolumique[C/m3]de charge ρ

14. Sec. 19-4 Champs électriques Champ électrique Eq. 19-9 Le champ est la force par unité de charge. Unités: N/C ou Volt/m Une charge positive (négative) subitune force dans la direction (opposée au) du champ. La grandeur de la force agissantsurunechaqueqest Analogue gravitationnel:

15. Grandeur du champ dûàune charge ponctuelleq: Eq. 19-10 Fig. 19-12. Principe de superposition pour des champs

16. Question 19.7Electric Field a)4E0 b) 2E0 c) E0 d) 1/2E0 e) 1/4E0 You are sitting a certain distance from a point charge, and you measure an electric field of E0. If the charge is doubled and your distance from the charge is also doubled, what is the electric field strength now?

17. -Q +Q b c +Q a d e Question 19.9cSuperposition III What is the direction of the electric field at the position of the X ? P.685 #45.Deux charges ponctuellessontsurl’axex: +6.2 μC àl’origine, -9.5 μC àx = 10.0 cm. Quevaut le champ électriqueà (a) x = -4.0 cm? (b) x = 4.0 cm?

18. Sec. 19-5 Lignes de champ électrique • Propriétés • Pointentdans la direction du champ électrique • Partent des charges positives ouàl’infini • Pointentvers des charges négativesouàl’infini • Plus densesdans des régionsoù le champ électriqueestplus intense • Le nombrede lignes entrant ouquittantune charge estproportionnelà la grandeur de la charge

19. Fig. 19-14. Charges ponctuelles (# de lignes prop. charge)

20. Fig. 19-15. Systèmes de deux charges.

21. P.686 #58. Tracez les lignes de champ électrique. Exemple. Si la charge de gauche a unegrandeur de 6.2 nC, quelssontle signe et la grandeur de la charge de droite?

22. Sec. 19-6 Induction Le surplus de charges (+ ou -) sur un conduteurs’accumuleàsasurface extérieure. (Donc, densitévolumique non uniforme.) À l’équilibre (charges au repos), le champ électriqueàl’intérieur d’un conducteurestégalàzéro. Les lignes de champ touchent la surface à angle droit. Le contraire impliquerait un champ non nulàl’intérieur du conducteur (voir figure suivante).

23. Fig. 19-19 Pour un conducteurcreux, comme en figure a = effet de bouclier

24. Fig. 19-22. Charge par induction. Miseàterre(en anglais, grounding) lorsqu’unconducteurestbranchéà la terre, ou au sol. Le sol est un conducteur qui peutdonnerourecevoir un nombreillimité de charges.