Interactions et champs - Spécialité
Champs, forces et lignes de champs
Exercice 1 : Identifier un champ à partir d'une image
La notion de champ sert à décrire des grandeurs physiques définies en tout point de l’espace.
Un champ peut être de type vectoriel ou scalaire.
Donner son unité SI.
On donnera un symbole en réponse.
On donnera un symbole en réponse.
Exercice 2 : Claquage de l'air, champ électrostatique
Soumis à un champ électrostatique très intense, l'air s'ionise. Il se forme alors un arc électrique : c'est le
claquage de l'air.
C’est ce phénomène qui est responsable des éclairs.
On considère le champ créé par une petite bille portant une charge électrique positive \( q \).
Données
- Pour l'air sec, le champ de claquage est \( E = 3\:600\:\text{kV}\mathord{\cdot}\text{m}^{-1} \).
- Permittivité du vide : \( ε_{0} = 8,854 \times 10^{-12}\:\text{F}\mathord{\cdot}\text{m}^{-1} \)
Quelle charge électrique cette bille doit-elle porter pour créer un champ de claquage à \( 2,50\:\text{m} \) ?
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Quelle charge électrique cette bille doit-elle porter pour créer un champ de claquage à \( 25,0\:\text{cm} \) ?
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Donner la différence d’ordre de grandeur entre la 1re et la 2e valeur.
On donnera la réponse sous la forme d'un entier positif pour une augmentation et négatif pour une diminution.
On donnera la réponse sous la forme d'un entier positif pour une augmentation et négatif pour une diminution.
Exercice 3 : Connaître les ordres de grandeur dans un atome
Donner l'ordre de grandeur de la charge d'un proton.
On donnera un résultat suivi de l'unité qui convient.
On donnera un résultat suivi de l'unité qui convient.
Exercice 4 : Dessiner le vecteur représentant la force modélisant l'interaction graviationnelle
Tracer, dans le schéma ci-dessous, le vecteur \( \overrightarrow{F_{T/L}} \) représentant la force modélisant l'interaction gravitationnelle exercée par la Terre sur la Lune.
Exercice 5 : Comparer deux interactions fondamentales
On donne que la valeur de la force gravitationnelle s'exerçant sur deux masses \(m\)
et \(m'\) séparées d'une distance \(d\) est donnée par la relation :
\[ F_g = G \mathord{\cdot} \frac{m \mathord{\cdot} m'}{d^{2}} \]
où \(G\) est la constante universelle de gravitation et vaut :
\( 6,67 \times 10^{-11} \: N \mathord{\cdot} m^{2} \mathord{\cdot} kg^{-2}\).
On donne également que la valeur de la force électrostatique s'exerçant sur deux corps en interaction ayant \(q\) et \(q'\) pour charges électriques et étant séparés par une distance \(d\) est donnée par la relation : \[ F_e = k \mathord{\cdot} \frac{|q \mathord{\cdot} q'|}{d^{2}} \] où \(k\) est la constante de Coulomb et vaut : \( 9,0 \times 10^{9} \: N \mathord{\cdot} m^{2} \mathord{\cdot} C^{-2}\).
Donner l'ordre de grandeur, sous la forme d'une puissance de \(10\), du rapport de la valeur de la force électrostatique sur la valeur de la force gravitationnelle dans le cas de deux protons séparés d'une distance de \(2,07 \times 10^{-15}\:m\). Sachant que :
On donne également que la valeur de la force électrostatique s'exerçant sur deux corps en interaction ayant \(q\) et \(q'\) pour charges électriques et étant séparés par une distance \(d\) est donnée par la relation : \[ F_e = k \mathord{\cdot} \frac{|q \mathord{\cdot} q'|}{d^{2}} \] où \(k\) est la constante de Coulomb et vaut : \( 9,0 \times 10^{9} \: N \mathord{\cdot} m^{2} \mathord{\cdot} C^{-2}\).
Donner l'ordre de grandeur, sous la forme d'une puissance de \(10\), du rapport de la valeur de la force électrostatique sur la valeur de la force gravitationnelle dans le cas de deux protons séparés d'une distance de \(2,07 \times 10^{-15}\:m\). Sachant que :
- La masse d'un proton vaut : \( 1,6726 \times 10^{-27}\:kg \)
- La charge d'un proton vaut : \( 1,602 \times 10^{-19}\:C \)