Bonjour à tous,
Je rencontre des difficultés concernant un exercice en électromagnétisme.
Voici l'énoncé :
Soit une sphère pleine chargée uniformément et comportant une cavité en son centre. Soit b le rayon de la cavité, ρ la densité volumique de charge et a le rayon de la sphère.
1) A l'aide du théorème de Gauss, exprimez E(r) pour r<b, b≤r≤a et r≥a
2) En déduire V(r) pour r<b, b≤r≤a et r≥a
Voici mes éléments de réponse :
1) Pour r < b, SGErdS=Qint/
0=0
D'où Er=0
pour b≤r≤a, SGErdS=Er
SGdS=Qint/
0
Er(4(r2-b2)) = ρ(4
(r2-b2))/
0
D'où Er=ρ/0
pour r≥a, SGErdS = ρ/
0
= Er4r2=ρ/
0
d'où Er=ρ/4r2
0
2) V(r) pour r≥a :
V(r) = ρ/40r
V(r) pour b≤r≤a :
V(r) = (4ρr(a-b)-1)/4
0r
V(r) pour b > r :
V(r) = ρ/40b
Je pense qu'il y a des erreurs mais je n'arrive pas à savoir où, si quelqu'un peut m'aider, je suis preneur !
Merci d'avance, Gauthier
Bonsoir
Plusieurs erreurs...
Pour toutes valeurs de R, le flux de E fait intervenir 4r2E.
Pour le calcul de la charge électrique intérieure, utiliser l'expression du volume d'une boule :
(4/3)r3
Bonjour varoise,
Si j'ai bien compris, il faut que je recommence en ne faisant pas intervenir 4r2E ?
J'espère que tu as été capable, en raisonnant sur les symétries et les invariances de la source du champ, que le vecteur champ est radial avec une norme E ne dépendant que de r. L'application du théorème de Gauss à une sphère de centre O et de rayon r quelconque conduit à :
J'insiste : cette formule est valide quelle que soit la valeur de r ; c'est uniquement l'expression de Qint qui change en fonction du domaine étudié.
Pas de problème pour r<b puisque Qint=0.
Pour b <r < a, les charges sont localisées entre la sphère de rayon r et la sphère de rayon b. Je t'ai rappelé dans mon message précédent l'expression du volume d'une boule de rayon r...
En revanche, concernant les symétries, je suis en mesure de dire que la norme E ne dépend que de r mais je ne comprends pas pourquoi..
Si vous pouvez m'éclairer, je serais très preneur !
Merci d'avance
Influence des symétries de la source : tout plan contenant OM est plan de symétrie de la source. Le vecteur champ en M, pour appartenir à la fois à cette infinité de plans de symétrie, doit être colinéaire à OM, donc radial.
Influence des invariances de la source : faire tourner la source autour de son centre O pour un point M fixe ne modifie pas le champ en M. Faire tourner la boule creuse et le repère qui y est lié revient à faire varier les coordonnées sphériques de M : et
. Conséquence : la norme du vecteur E en M, ne dépend pas de
et
; cette norme ne peut donc dépendre que de r.
Plus de détails ici, parties I et V.1 :
Peux-tu fournir tes expressions de E pour b<r<a et pour r>a ?
Pour le potentiel : l'absence de charges à l'infini permet de considérer que le potentiel V tend vers zéro quand r tend vers l'infini. Il faut donc intégrer la relation :
E=-dV/dr et tenir compte de la remarque précédente pour obtenir la constante d'intégration.
On intègre ensuite cette relation même relation pour b<r<a ; la constante d'intégration s'obtient en raisonnant sur la continuité du potentiel en r=a.
Le potentiel constant en r<b s'obtient en raisonnant sur la continuité du potentiel en r=b.
Premier cas : problème de signe : r > b .
Deuxième cas : résultat faux ; Qint représente la charge contenue entre la sphère de rayon "a" et la sphère de rayon "b". Attention : de plus, ton résultat n'est pas homogène...
pour r>a : V(r) = ρa2/30r3
pour b≤r≤a : V(r)=(ρ/30)(((r2-a2)/2)+((ab3-rb3)/ar)+1)
et pour b>r: V(r) = ρ/40b
Tes expressions de E sont fausses. Commence par les rectifier avant de passer à l'étude du potentiel.
C'est bien cela !
Tu peux passer maintenant aux expressions du potentiel en tenant compte de la seconde partie de mon message du 12-11-20 à 17:36.
Je pense que tu as les bons résultats malgré quelques maladresses dans l'écriture des équations (je sais : pas facile quand on n'est pas habitué !)
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