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Niveau maths sup
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Exo de physique

Posté par
jean52
31-08-13 à 18:46

Bonsoir a tous, avant la rentrée pour me remettre dans le bain sur un truc que j'ai vraiment pas compris,j'ai repris un exo au hasard pour le faire afin de m.entrainer mais j'ai vraiment besoin d'aide pour déjà commencer, voici l'énoncé :
On recherche l'expression de la capacité d'un condensateur sphérique : les armatures sont des sphère concentrique ( creuse et d'épaisseur négligeable, l'ouverture dans la sphère extérieure permettant de faire passer le fil de potentiel V1 est aussi négligée ) de rayon R1 et R2 avec R1<R2  et portent respectivement les charges  +q et -q sur leur surface avec des densité surfacique uniforme 1 et 2.
On note u le différence de potentiel entre les deux armatures: u= V1-V2.

D'abord je n'arrive pas a la première question j'aimerai avoir une méthode que l'on m'explique pour y arriver la prochaine fois:
Comment on exprime 1 et 2 en fonction de q,R1 et R2?

Merci pour votre aide qui me sera précieuse à l'avenir .

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 31-08-13 à 21:26

Bonjour.

La densité de charge est définie par =dq/dS (q : la charge, S : la surface).
Or elle est ici supposée surfacique uniforme.
Par conséquent, on peut écrire =Q/S (Q : charge, S : surface)
Par exemple la sphère de rayon R1 porte une charge +q. La surface sur la sphère est 4(R1)², donc :
1=q/(4(R1)²)
idem avec 2, mais avec -q et R2

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 09:03

Vu comme ça je comprend beaucoup mieux merci. Par contre comment je pourrais faire pour calculer le champ à l'intérieur de la petite sphère et à l'extérieur de la grande?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 10:33

Vu les symétries du problème, on se place dans les coordonnées sphériques. On se convainc facilement, par symétrie, que le champ est radial. Je pense qu'un théorème de Gauss résout cette affaire.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 10:51

Donc ok pour le théorème de gauss mais je prend donc la distribution qui est invariante par rotation d'angle et par rotation d'angle donc E(vecteur)(M)=E(vecteur)(r).
Pour le début c'est ça ?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 11:23

Oui voilà. L'invariance par rotations et montre que la valeur de E ne dépend que du rayon.
Ensuite, la symétrie de distribution des charges indique que la direction du champ est radiale.
On peut donc écrire :
vect(E)=E(r)r

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 13:32

Quel surface de gauss je peux choisir ici?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 14:01

Si l'on se situe à une distance R du centre, la surface la plus naturelle est la sphère de rayon R.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 14:06

On a donc E.dS=E(r)ur.dSur=E(r)dS=E(r)S=4rcarre E(r)
Au début il y a des vecteurs mais je ne sais pas le faire sur ordinateur désolé  et le dernier r est au carré .
C'est ça?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 15:18

Ça m'a l'air correct.
Et le tout est égal à Q/0, Q étant la charge comprise dans la sphère de rayon R.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 15:38

Et ensuite on doit faire quoi? Calculer les différent E(r) en fonction des différents rayons?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 15:45

Eh bien oui.
On distingue 3 domaines : à l'intérieur de la sphère R1, entre les deux sphères, et à l'extérieur de la sphère R2.

Apparemment, il n'y a un champ électrique qu'entre les deux sphères.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 15:56

Vous pouvez me rappeler la méthode pour trouver sans se tromper svp?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 16:09

Pour trouver quoi ?

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 16:57

Pour vous c'est quoi les trois domaines à distinguer?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 17:01

Citation :
à l'intérieur de la sphère R1, entre les deux sphères, et à l'extérieur de la sphère R2.


Lorsqu'on applique le théorème de Gauss, cette distinction est très claire.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 17:03

À l'intérieur de la sphère R1 c'est égale à zéro ?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 17:29

En doutes-tu ?

Que dit le théorème de Gauss ?

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 17:34

Le théorème de gauss dit que E(M).dS=Qint/o donc 4rcarréE(r)= Qint/o=0 donc E(r)=0
C'est ça?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 20:40

Eh bien si Qint=0 oui, c'est cela.
Qint=0 lorsque l'on se situe dans la sphère R1, évidemment, mais aussi lorsqu'on se situe à l'extérieur de la sphère R2, car à l'extérieur Qint vaut -q+q=0 (on compte la charge stockée dans R1 et la charge stockée dans R2 qui sont opposées donc s'annulent)
Finalement, on trouvera Qint non nul seulement entre les deux sphères.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 20:59

Donc à l'intérieur comme à l'extérieur c'est égale à zéro donc la je répond à ma question car il fallait calculer le champ à l'intérieur de la petite sphère et à l'extérieur de la grande.

Par contre à la question suivante on me demande de calculer le champs électrique existant à une distance R1<r<R2 entre les armatures en fonction de q, R1 et r, c'est la qu'on doit faire le calcul entre les deux sphères ou la question n'a rien avoir et il fallait donc faire le calcul à la question d'avant ?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 21:48

Si si c'est là qu'on doit faire le calcul.

Le théorème de Gauss dit :
E(r)*4r²=q/0
Soit : E(r)=q/[40r²], pour R1<r<R2, sauf erreur.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 01-09-13 à 22:34

Ok et donc à présent comment fait on pour calculer le champ électrique existant à une distance R1<r<R2 entre les armatures en fonction de q, R1, et r?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 01-09-13 à 23:03

Eh bien tu lis le message juste au-dessus...

Posté par
jean52
re : Exo de physique 02-09-13 à 09:10

Mais R1 n'apparaît pas?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 02-09-13 à 09:38

Non. Si on veut le faire apparaître il faut utiliser q=4(R1)²1 (cf supra)
Ce qui donne :
E(r)=4(R1)²1 / [40r²]
E(r)=1*(R1)²/[0r²]
Lorsque r=R1, on trouve E(R1)=1/0, ce qui est conforme aux relations de passage si tu les as vues (sinon il faudra me croire sur parole)

Posté par
jean52
re : Exo de physique 02-09-13 à 10:22

Donc ça correspond bien à ma question pour trouver une relation en fonction q, R1 et r?

Posté par
WilliamM007
re : Exo de physique 02-09-13 à 11:10

Oui.

Posté par
jean52
re : Exo de physique 02-09-13 à 11:19

Ok je l'ai refais et je trouve pareil  et comment fait on a présent pour représenter la norme du champ E en fonction de r et calculer la circulation du champ E entre les armature, depuis l'armature positive vers l'armature négative (la relier à u)?



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