Force électrostatique et champ électrostatique
Interactions et champs - Physique-Chimie Spécialité
Exercice 1 : Calculer la charge nécessaire pour atteindre un champ de claquage à distance donnée
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 : \( \epsilon_{0} = 8\mbox{,}854 \times 10^{-12}\:\text{F}\mathord{\cdot}\text{m}^{-1} \)
- - \( k \), la constante de Coulomb, est donnée par la formule : \( k = \dfrac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \)
Quelle charge électrique cette bille doit-elle porter pour créer un champ de claquage à \( 2\mbox{,}20\:\text{m} \) ?
On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs permis par les données de l'énoncé, suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs permis par les données de l'énoncé, suivi de l'unité qui convient.
Quelle charge électrique cette bille doit-elle porter pour créer un champ de claquage à \( 0\mbox{,}220\:\text{mm} \) ?
On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs permis par les données de l'énoncé, suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs permis par les données de l'énoncé, 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 2 : Calculer des champs électriques et des forces dans un condensateur
Dans tout l'exercice, l'unité retenue pour exprimer l'intensité d'un
champ électrique est le \( V \cdot m^{-1} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Soit un champ électrostatique \( \overrightarrow{E} \) uniforme à l'intérieur
d'un condensateur.
Dans ce condensateur, une particule de charge \( q = 4\mbox{,}9\:\text{mC} \)
subit une force \( \overrightarrow{F} \) telle que \( F = 5\mbox{,}7 \times 10^{-2}\:\text{N} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Calculer la valeur \( E' \) du champ électrostatique entre les armatures
parallèles du condensateur distantes de \( 0\mbox{,}30\:\text{mm} \) quand le condensateur
est chargé sous une tension de \( 12\:\text{V} \).
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
En déduire la valeur \( F' \) de la force que subirait une particule
de charge \( q' = 7\mbox{,}7\:\text{nC} \) placée entre les armatures de ce condensateur.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec 2 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 3 : Représenter des lignes de champs dans un condensateur et calculer des champs et des forces subies
Représenter 4 lignes de champ du champ électrostatique entre les armatures du condensateur.
Quelle est la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur dans lequel une particule de charge \(1\mbox{,}00\:\text{mC}\) subit une force \(F\) = \(8\mbox{,}20 \times 10^{-2}\:\text{N}\) ?
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.
Calculer la valeur du champ électrostatique à l’intérieur d’un condensateur d’épaisseur \(d\) = \(2\mbox{,}00\:\text{mm}\) chargé sous une tension de \(1\mbox{,}31 \times 10^{1}\:\text{V}\).
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.
En déduire la force que subirait une charge de \(7\mbox{,}80\:\text{nC}\) qui serait placée entre les deux armatures de ce condensateur.
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.
Exercice 4 : 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 \(2,61 \times 10^{-15}\:m\). 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 \(2,61 \times 10^{-15}\:m\). Sachant que :
- La masse d'un proton vaut : \( 1,6726 \times 10^{-27}\:kg \)
- La charge d'un proton vaut : \( 1,602 \times 10^{-19}\:C \)
Exercice 5 : Calculer la charge nécessaire pour atteindre un champ de claquage à distance donnée
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 : \( \epsilon_{0} = 8\mbox{,}854 \times 10^{-12}\:\text{F}\mathord{\cdot}\text{m}^{-1} \)
- - \( k \), la constante de Coulomb, est donnée par la formule : \( k = \dfrac{1}{4 \pi \epsilon_{0}} \)
Quelle charge électrique cette bille doit-elle porter pour créer un champ de claquage à \( 1\mbox{,}30\:\text{m} \) ?
On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs permis par les données de l'énoncé, suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat avec le nombre de chiffres significatifs permis par les données de l'énoncé, suivi de l'unité qui convient.
Quelle charge électrique cette bille doit-elle porter pour créer un champ de claquage à \( 13\mbox{,}0\:\text{µm} \) ?
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Nos exercices sont conformes aux programmes de l'Éducation Nationale de la 3e à la Terminale. Kwyk permet aux élèves d'aborder les notions les plus importantes en Physique-Chimie comme l'étude des ondes et de l'optique, l'organisation et la transformation de la matière, la conservation et les transferts d'énergie et les lois de l'électricité. Les élèves peuvent travailler sur l'étude du mouvement avec des exercices de mécanique et de cinétique. Kwyk propose également de nombreux exercices d'entraînement sur les conversions et la manipulation des unités, l'écriture scientifique et l'utilisation des chiffres significatifs.
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