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Problématique de l'activité
Un condensateur est un objet capable de stocker de l'énergie grâce aux charges accumulées sur ses armatures.
Comment décrire le champ électrostatique créé par le condensateur plan ?
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Une opinion ?
La géométrie du condensateur nous donnet-elle des indices sur le champ électrostatique ?
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Doc. 1
Le condensateur plan
Un condensateur est constitué de deux armatures conductrices, entre lesquelles on applique une différence de potentiel ou tension. Les armatures, portées à deux potentiels différents, vont se charger suite à un déplacement d'électrons.
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Doc. 2
Du potentiel au champ
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La tension électrique U_{\mathrm{AB}} entre deux points \text{A} et \text{B} est égale à la différence des potentiels électriques V_{\mathrm{A}} et V_{\mathrm{B}} de ces deux points, U_{\mathrm{AB}}=V_{\mathrm{A}}-V_{\mathrm{B}}. Dans le montage du doc. 1, une plaque est reliée à la masse du générateur donc V_{\mathrm{B}}= 0 V. La sonde mesure donc directement V_{\mathrm{A}}. En reliant les points de même potentiel V_{\mathrm{A}}= 0, on trace les lignes équipotentielles.
Ces équipotentielles sont perpendiculaires aux lignes de champs. Les lignes équipotentielles sont comparables aux lignes isothermes ou aux lignes isobares sur une carte météo par exemple.
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Doc. 3
Matériel nécessaire
Deux plaques de cuivre et deux pinces crocodiles ;
Un voltmètre ;
Trois fils électriques et une sonde ;
Un générateur de tension continue de 6 V ;
Une solution aqueuse de sulfate de cuivre (II) \mathrm{CuSO}_{4} (0,01 mol·L‑1) ;
Une cuve rectangulaire disposant d'un quadrillage.
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Doc. 4
Modélisation d'un condensateur plan
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Questions
Compétence(s)
APP : Extraire l'information utile RAI/ANA : Construire un raisonnement
1. Placer la sonde à différents endroits des deux plaques. Commenter les mesures.
2. Élaborer un protocole permettant de cartographier les potentiels V.
3. Mettre en œuvre le protocole de manière à cartographier les équipotentielles égales à 0,5 V, 1 V, 1,5 V, …, 5 V et 5,5 V.
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4. Tracer les équipotentielles puis en déduire les lignes de champ.
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5. On peut calculer l'intensité du champ électrique E à partir du potentiel électrique à l'aide de la relation : E=\dfrac{V}{x} où x est la distance à la plaque \text{B.} Calculer E à différents endroits.
6. Représenter les vecteurs \vec{E} à différents points entre les plaques. Que constate-t-on ?
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Synthèse de l'activité
Le vecteur champ électrostatique créé entre les deux plaques est uniforme. Donner une
définition d'un champ uniforme.
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