Électromagnétisme (partie I) : physique 5e secondaire

Deux charges de même signe se repoussent, de signes opposés s'attirent, avec une force inversement proportionnelle au carré de la distance. Le champ électrique décrit cette action en chaque point ; entre deux plaques chargées, il est uniforme. Toute charge est un multiple de la charge élémentaire.

Le SeGEC place la partie I en 5e, avec l'électrostatique, la magnétostatique et les particules chargées dans un champ, et la partie II en 6e. Programme de sciences générales non consulté : contenu rédigé à partir de ces pages.

Charges et champ électrique

À connaître

• loi de Coulomb : $F = k \frac{|q_1 q_2|}{d^2}$, avec $k = 9{,}0 \cdot 10^{9}\ \mathrm{N \cdot m^2/C^2}$
• champ électrique : $E = \frac{F}{q}$, en $\mathrm{N/C}$ ; entre deux plaques : $E = \frac{U}{d}$, en $\mathrm{V/m}$
• charge élémentaire : $e = 1{,}6 \cdot 10^{-19}\ \mathrm{C}$

Méthodes

• Loi de Coulomb. Force proportionnelle au produit des charges et inversement proportionnelle au carré de la distance.
• Champ électrique. Force par unité de charge ; entre deux plaques, dirigé de la plaque positive vers la négative.
• Particule chargée dans un champ uniforme. Force constante, donc mouvement uniformément accéléré, comme une chute.

Exercices types

• Calcule la force entre deux charges de 2,0 µC et de −3,0 µC placées à 10 cm l'une de l'autre. Est-elle attractive ou répulsive ?
• Deux plaques distantes de 2,0 cm sont soumises à une tension de 400 V. Calcule le champ entre elles et la force sur un électron.
• Une gouttelette d'huile de 4,9·10⁻¹⁵ kg reste immobile entre deux plaques où règne un champ vertical de 1,5·10⁵ N/C. Combien de charges élémentaires porte-t-elle ? (g = 9,8 N/kg)

Champ magnétique et forces magnétiques

Un aimant ou un courant crée un champ magnétique, mesuré en teslas. Un fil parcouru par un courant dans un champ magnétique subit la force de Laplace. Une particule chargée en mouvement subit la force de Lorentz, perpendiculaire à sa vitesse, qui peut lui faire décrire un cercle.

À connaître

• force de Laplace, fil perpendiculaire au champ : $F = B \cdot I \cdot \ell$
• force de Lorentz, vitesse perpendiculaire au champ : $F = |q| \cdot v \cdot B$
• rayon de la trajectoire circulaire : $R = \frac{m v}{|q| B}$

Méthodes

• Champ magnétique. À l'extérieur d'un aimant, les lignes de champ vont du pôle nord au pôle sud ; autour d'un fil, ce sont des cercles.
• Force de Laplace. Perpendiculaire au fil et au champ ; son sens se trouve avec une règle de la main.
• Force de Lorentz. Toujours perpendiculaire à la vitesse : elle courbe la trajectoire sans changer la valeur de la vitesse.

Exercices types

• Un fil de 20 cm parcouru par 5,0 A est placé perpendiculairement à un champ de 0,10 T. Calcule la force de Laplace.
• Un électron entre à 2,0·10⁶ m/s perpendiculairement à un champ de 1,0 mT. Calcule le rayon de sa trajectoire (masse 9,11·10⁻³¹ kg).
• Explique le fonctionnement d'un moteur électrique à courant continu avec la force de Laplace.

Autres chapitres de 5e

• Rappels du 2e degré : électricité, travail, énergie et puissance
• Forces et mouvements
• Oscillations et ondes

Les chapitres de 6e secondaire