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Exercice Sur Les Champs Électrostatiques

Posté par
Ccilia
20-11-10 à 22:51

Bonjour,

J'ai de gros problème pour résoudre un de mes exercices sur les interactions.
Voici l'énoncé :
Champs électrostatiques au centre d'un carré :
On considère 4 charges ponctuelles, qa, qb, qc et qd placées aux sommets d'un carré ABCD de côté a.
1) Les charges valent qa = qc = 0.2 microC et qb = qd = 0.4microC et a = 1m. Exprimer le champ électrique et le potentiel au centre O du carré, et donner leurs valeurs.
2) Les charges valent qa = 2qb et qc = qd = 0. Précisez la position où le champ créé est nul.
3) Les charges valent qa = -q et qb = qc = qd = q. Déterminer la force électrostatique que les trois charges placées en B, C et D exercent collectivement sur la charge placée en a. Donner la valeur du module de cette force pour q = 0.2microC
4) Les quatres charges valent q > 0. On place une cinquième charge au centre du carré. L'ensemble est électriquement neutre. Quelle est la force exercée sur chaque charge? Comment évolue le système si on libère les charges?

1) J'ai la formule vect(E) = somme (vect(E) (M))
comme on a 4 charges q, on a vect(E) = k ((qa+qb+qc+qd)/r²)
...

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 09:59

Bonjour,

Il manque les vecteurs unitaires à droite. C'est pour ça que ça ne marche pas. Donc, exprime les vecteurs vect(MA)/||vect(MA)||³ et pareil pour B, C, D dans le système de coordonnée de ton choix. Ainsi, tu auras ton vecteur E.

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 12:07

Je dois également créé le point M?

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 12:13

Ca dépend la question. M est le point ou tu mesures le champ électrique. Dans certaines questions, il t'ait donnée dans d'autre, tu dois le déterminer.

Pour être rigoureux, vect(E(M)) = 1/(4pi*epsilon0)*somme(sur les i charges) qi/(MXi)³*vect(XiM)

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 12:15

Donc dans la question 1), M est le point O centre du carré?

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 12:23

Oui, c'est ça.

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 12:40

En prenant le point D centre du repère, le vecteur dirigé vers la droite, le vecteur dirigé vers le haut j'ai :
(D est le sommet en bas a gauche de mon carré)
A(0;a) B(a;a) C(a;0) D(0;0) M(a/2;a/2)

vect(MA) = -a/2 + a/2
vect(MB) = a/2 + a/2
vect(MA) = a/2 - a/2
vect(MA) = -a/2 - a/2

||vect(MA)||^3 = ||vect(MB)||^3 = ||vect(MC)||^3 = ||vect(MD)||^3 = a^3 / (22)

vect(MA) / ||vect(MA)||^3 = (-a/2 + a/2 ) / a^3 / (22)
vect(MB) / ||vect(MB)||^3 = (a/2 + a/2 ) / a^3 / (22)
vect(MC) / ||vect(MC)||^3 = (a/2 - a/2 ) / a^3 / (22)
vect(MD) / ||vect(MD)||^3 = (-a/2 - a/2 ) / a^3 / (22)

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 13:10

Oki sauf que c'est * (2sqrt(2))

Et maintenant, tu utilises la formule pour calculer E(O)

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 13:43

Citation :
Oki sauf que c'est * (2sqrt(2))

je ne vois pas où est l'erreur? :s

Citation :
Et maintenant, tu utilises la formule pour calculer E(O)

Il me suffit d'additionner les quatre dernières lignes pour avoir E(O)? :s

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 14:33

Détaille moi le calcul de ||vect(MA)||^3

C'est n'est pas que la somme. Mais pas loin. Sois rigoureuse dans l'application de la formule de Coulomb.

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 15:39

S'agit-il de k fois cette somme?

||vect(MA)|| = ((-a/2)² + (a/2)²) = ( a²/4 + a²/4) = (2a²/4) = a/2
||vect(MA)||^3 =  (a/2)^3 = a^3 / 2 ?

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 15:44

Rappel : sqrt(2)^3 = 2*sqrt(2). Mais le truc, c'est que c'est un diviser. Or, tu fais 1/|| ||³. Donc, le 2*sqrt(2) passe au numérateur dans les calculs des posts précédents.

S'agit-il de k fois cette somme? : Tu veux dire quoi ?

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 16:41

On a donc par exemple : vect(MA) / ||vect(MA)||^3 = [(-a/2+a/2) / a^3] * 22  

Citation :
S'agit-il de k fois cette somme? : Tu veux dire quoi ?

Pour avoir E, il faut que je fasse 1/(4pi*epsilon0) fois les quatres expressions précédentes?

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 16:45


Pour avoir E, il faut que je fasse 1/(4pi*epsilon0) fois les quatres expressions précédentes?

A un signe moins près. Car dans la formule, tu as vect(XiM) et nous, on a exprimé les vect(MXi).

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 16:52

D'accord merci.
Après avoir récupérer E, comment m'est-il possible de connaître le potentiel ?
Il me semble qu'il faut passer par une intégrale...

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:02

Pour vect(E) j'ai :
vect(E) = -1/(4piepsilon0) * [ (qa/||vect(MA)||^3) * vect(MA) + (qb/||vect(MB)||^3) * vect(MB) + (qc/||vect(MC)||^3) * vect(MC) + (qd/||vect(MD)||^3) * vect(MD) ]
Est-ce exacte?

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:05

Pour le 1), Oui, c'est ça. Et tu dois trouver 0 à la fin.

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:08

Pour le potentiel, tu as la formule : somme sur les charges de qi/(4pi*epsilon0*XiM)

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:36

D'accord pour le potentiel.

Pour l'application numérique de E, j'ai une question bete, mais que faire des vecteurs ? J'ai remplacer 1/4piepsilon0 par sa valeur, idem pour les charges et les normes au cube, mais pour les vecteurs, que dois-je faire ? :$

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:43

Ben, tu fais la somme des vecteurs (si tu veux, tu peux factoriser le a des vecteurs) et tu dois trouver le vecteur nul.

PS : Je suis sur que E=0 car ton système est centrosymétrique en M.

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:47

Donc cela signifie que pour n'importe quelles valeurs des charges, E = 0 si on se place au centre du carré?

Posté par
Boltzmann_Solver
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 17:58

Biensur que non. Mais tu connais les charges là. Et tu peux voir que dans ce cas là, la distribution est centrosymétrique. Donc, E est nul. Mais toi, tu dois le calculer.

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 21-11-10 à 22:07

D'accord merci à vous, je vais essayer de résoudre les autres questions.

Posté par
Ccilia
re : Exercice Sur Les Champs Électrostatiques 22-11-10 à 20:34

question 1) J'ai bien trouvé E=0
J'ai trouvé V = 1/4piepsilon0 * (1.22) pour le potentiel ?

question 2)
Je me retrouve avec une expression du champ E de la forme :
E = 1/4piepsilon0 * [ (qa/||vect(MA)||^3)*vect(MA) + (qb/||vect(MB)||^3)/vect(MB) ]
car qc = qd = 0
ou encore E = 1/4piepsilon0 * [ (2qb/||vect(MA)||^3)*vect(MA) + (qb/||vect(MB)||^3)/vect(MB) ]

comment savoir la position où le champ créé est nul?



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