Chapitre 16

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Questions and Answers

Quel est le rapport entre la force électrostatique et la distance entre deux charges selon la loi de Coulomb?

  • Directement proportionnelle au carré de la distance
  • Inversement proportionnelle au carré de la distance (correct)
  • Inversement proportionnelle à la distance
  • Directement proportionnelle à la distance

Quelle est l'unité de mesure de la charge électrique?

  • Farad
  • Watt
  • Volt
  • Coulomb (correct)

Que se passe-t-il entre deux charges de même signe selon la loi de Coulomb?

  • Elles se repoussent (correct)
  • Elles ne subissent aucune force
  • Elles augmentent leur distance
  • Elles s'attirent

Quelle proportion a été mentionnée dans la définition de la force électrostatique entre deux charges électriques?

<p>Proportionnelle au produit des charges (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle charge élémentaire correspond à un électron?

<p>-1.602 × 10−19 C (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle formule représente la loi d’Ohm?

<p>$V = R * I$ (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la résistance équivalente en série de trois résistances de 5kΩ, 10kΩ et 15kΩ?

<p>30kΩ (A)</p> Signup and view all the answers

Laquelle des affirmations suivantes à propos de la charge électrique est correcte?

<p>Les neutrons n'ont pas de charge électrique. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est le principe fondamental qui décrit la force d'interaction entre deux charges électriques?

<p>La loi de Coulomb (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la résistance équivalente pour des résistances en parallèle de 10kΩ, 20kΩ et 20kΩ?

<p>5kΩ (D)</p> Signup and view all the answers

Comment se comporte la résistance électrique dans un circuit en série?

<p>La résistance totale est additive. (A)</p> Signup and view all the answers

Quel composant est essentiel pour qu'un circuit électrique fonctionne?

<p>Une source de courant (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la formule pour déterminer la résistance équivalente en parallèle?

<p>$R_{eq} = rac{1}{ rac{1}{R_1} + rac{1}{R_2} + rac{1}{R_3}}$ (A)</p> Signup and view all the answers

Quel élément de l'atome est responsable de la charge négative?

<p>Électron (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la résistance équivalente de la configuration suivante: R1=40kΩ, R2=20kΩ, R3=40kΩ en série?

<p>80kΩ (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'ordre de grandeur de la masse d'un électron?

<p>$9,109 × 10^{-31}$ kg (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est l'unité fondamentale pour mesurer la masse des particules atomiques?

<p>Unité de masse anatomique (uma) (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la valeur de la résistance équivalente pour le circuit suivant avec R1=40kΩ, R2=20kΩ, R4=20kΩ et R3=40kΩ?

<p>10kΩ (C)</p> Signup and view all the answers

Quel phénomène est décrit par le potentiel électrique?

<p>Capacité d'un champ à effectuer un travail sur une charge (B)</p> Signup and view all the answers

Si le courant dans une résistance de 10 Ω est de 2 A, quelle est la tension aux bornes de cette résistance?

<p>20 V (D)</p> Signup and view all the answers

Comment se forme un ion?

<p>Par perte ou gain d'électrons (D)</p> Signup and view all the answers

Quelles sont les caractéristiques des dipôles en dérivation ?

<p>Ils ont deux bornes communes. (B)</p> Signup and view all the answers

Quel énoncé décrit correctement la loi des nœuds ?

<p>La somme des courants sortants est égale à la somme des courants entrants. (B)</p> Signup and view all the answers

Concernant les dipôles en série, quelle affirmation est incorrecte ?

<p>Ils partagent toutes les tensions dans le circuit. (D)</p> Signup and view all the answers

Comment est définie la loi des mailles dans un circuit électrique ?

<p>La somme des tensions dans une maille est égale à zéro. (A)</p> Signup and view all the answers

Quels sont les dipôles désignés comme générateurs dans un circuit donné ?

<p>Les dipôles produisant des intensités de courant. (B)</p> Signup and view all the answers

Dans quel cas une intensité de courant serait augmentée dans un circuit ?

<p>En réduisant le nombre de dipôles en série. (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est une conséquence directe de la loi de Kirchhoff concernant les nœuds ?

<p>Les courants entrants et sortants doivent être égaux. (B)</p> Signup and view all the answers

Lorsque plusieurs dipôles sont connectés en dérivation, qu'est-ce qui reste constant à travers eux ?

<p>La tension aux bornes de chaque dipôle. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la constante de Coulomb utilisée dans la loi de Coulomb ?

<p>9 × 10⁹ N·m²/C² (C)</p> Signup and view all the answers

Comment la force électrostatique se compare-t-elle à la force gravitationnelle ?

<p>Elle diminue au carré de la distance comme la force gravitationnelle. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est l'expression correcte pour la force entre deux charges ?

<p>$\frac{K \cdot q_1 \cdot q_2}{r^2}$ (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est le vecteur unitaire orienté de la charge créant la force vers celle la subissant ?

<p>$u_{21}$ (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle formule représente la force résultante sur une charge q lorsqu'elle est en présence de plusieurs autres charges ?

<p>$F = F_{12} + F_{32}$ (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle valeur représente la permittivité dans le vide (ε₀) ?

<p>8.85 × 10⁻¹² C²·N⁻¹·m² (A)</p> Signup and view all the answers

Dans la loi de Coulomb, quels types de charges subissent une force répulsive ?

<p>Charges identiques (B)</p> Signup and view all the answers

Quel est un effet du champ électrique sur une charge placée dans ce champ ?

<p>Elle subit une force proportionnelle à sa charge. (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre la force électrostatique et la distance entre les charges ?

<p>La force diminue avec la distance au carré. (B)</p> Signup and view all the answers

Comment la force exercée par q2 sur q1 peut-elle être décrite ?

<p>Elle peut être attractive ou répulsive, selon les charges. (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle est l'équation qui relie la tension de sortie $V_2$ à la tension d'entrée $V$?

<p>$V_2 = V \cdot \frac{R_2}{R_1 + R_2}$ (D)</p> Signup and view all the answers

Comment se comportent les résistances $R_3$, $R_4$ et $R_5$ dans le circuit?

<p>Elles sont montées en série avec un courant identique. (A)</p> Signup and view all the answers

Quelle loi est utilisée pour établir la relation entre la tension, le courant et la résistance dans le circuit?

<p>Loi d'Ohm (D)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la valeur de la tension du générateur dans l'exemple donné?

<p>6 V (B)</p> Signup and view all the answers

Quel rôle joue la résistance équivalente dans un circuit électrique?

<p>Elle simplifie le calcul du courant total dans le circuit. (C)</p> Signup and view all the answers

Quelle est la relation entre les courants $I_3$ et $I_4$ selon l'exemple de circuit?

<p>$I_4$ est égal à $I_3$. (B)</p> Signup and view all the answers

Quelle serait la tension aux bornes a et b si la résistance entre ces bornes est modifiée?

<p>Elle augmente avec l'augmentation de la résistance. (C)</p> Signup and view all the answers

Quel est l'effet de la valeur de $R_2$ sur $V_2$ dans le circuit?

<p>Une diminution de $R_2$ augmente $V_2$. (C), Une augmentation de $R_2$ diminue $V_2$. (D)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Charge électrique

La charge électrique est une propriété fondamentale de la matière qui lui permet d'interagir par le biais de champs électromagnétiques.

Unité de charge électrique

L'unité de charge électrique est le coulomb (C).

Charge élémentaire d'un électron

La charge élémentaire d'un électron est -1,602 × 10^-19 C.

Types de charges électriques

Il existe deux types de charges électriques : positives et négatives.

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Interaction des charges

Les charges de même signe se repoussent, tandis que les charges de signes opposés s'attirent.

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Électromagnétisme

L'électromagnétisme est l'étude de la relation entre l'électricité et le magnétisme. Il étudie les phénomènes électriques et magnétiques en tant que manifestations d'un même phénomène fondamental, la charge électrique.

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Structure atomique

L'unité fondamentale de la matière est l'atome, composé de protons, de neutrons et d'électrons. Les protons ont une charge positive (+), les électrons une charge négative (-) et les neutrons sont neutres.

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Loi de Coulomb

La force de Coulomb décrit l'attraction ou la répulsion entre deux charges électriques. Deux charges de même signe se repoussent, tandis que deux charges de signes opposés s'attirent.

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Ion

Un ion est un atome qui a gagné ou perdu des électrons, ce qui lui donne une charge électrique positive (cation) ou négative (anion).

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Champ électrique

Le champ électrique est une région de l'espace où une charge électrique ressentira une force. Il est créé par des charges électriques.

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Courant électrique

Le courant électrique est un mouvement ordonné de charges électriques à travers un matériau. Il est mesuré en ampères (A).

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Résistance électrique

La résistance électrique est l'opposition au passage du courant électrique dans un matériau. Elle est mesurée en ohms (Ω).

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Loi d'Ohm

La loi d'Ohm définit la relation entre la tension, le courant et la résistance : U = R * I. La tension est la force qui pousse les charges, le courant est le débit des charges, et la résistance est l'opposition à l'écoulement du courant.

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Résistance équivalente

Une résistance équivalente est une résistance unique qui peut remplacer plusieurs résistances dans un circuit tout en produisant le même effet global.

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Résistances en série

Dans une association série, le courant traverse chaque résistance successivement, et la résistance équivalente est la somme des résistances individuelles.

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Résistances en parallèle

Dans une association parallèle, le courant se divise entre les branches, et l'inverse de la résistance équivalente est la somme des inverses des résistances individuelles.

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Circuit électrique

Un circuit électrique est un système composé de composants (comme des résistances, des batteries, etc.) reliés par des fils conducteurs, permettant le passage d'un courant électrique.

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Calculer la résistance équivalente

La résistance équivalente d'un circuit est la résistance totale qui s'oppose au passage du courant à travers le circuit.

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Unité de résistance

La valeur d'une résistance 𝑅 est mesurée en ohms (Ω).

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Unité de courant

Le courant 𝐼 est la quantité de charge électrique qui traverse une section de conducteur par unité de temps. Il est mesuré en ampères (A).

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Force électrique résultante

La force électrique est une grandeur vectorielle. Pour trouver la force résultante sur une charge due à plusieurs autres charges, il faut additionner vectoriellement les forces individuelles.

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Nature attractive ou répulsive de la force électrique

La force électrique est attractive si les charges sont de signes opposés et répulsive si les charges sont de même signe.

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Différence entre force gravitationnelle et force électrique

La force gravitationnelle est une force attractive entre deux masses, tandis que la force électrique peut être attractive ou répulsive entre deux charges.

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Comparaison de l'intensité des forces

La force électrique est beaucoup plus forte que la force gravitationnelle.

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Constante de Coulomb

La constante de Coulomb (K) est une constante de proportionnalité qui permet de calculer la force électrique entre deux charges.

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Permittivité du vide

La permittivité du vide (ε0) est une constante qui exprime la capacité du vide à supporter un champ électrique.

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Force électrique dans un champ électrique

La force électrique sur une charge dans un champ électrique est directement proportionnelle à la charge et à l'intensité du champ électrique.

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Vecteur unitaire 𝑢21

Le vecteur unitaire 𝑢21 indique la direction de la force électrique, de la charge qui crée la force (q2) vers la charge qui la subit (q1).

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Qu'est-ce qu'un dipôle récepteur ?

Un dipôle est un composant électronique qui a deux bornes. Un dipôle est un récepteur s'il convertit l'énergie électrique en une autre forme d'énergie (énergie thermique, mécanique, etc.).

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Qu'est-ce qu'un dipôle générateur ?

Un dipôle est un composant électronique qui a deux bornes. Un dipôle est un générateur s'il convertit une autre forme d'énergie en énergie électrique.

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Qu'est-ce que des dipôles en dérivation ?

Des dipôles sont en dérivation lorsque leurs deux bornes sont communes. Cela signifie que le courant peut circuler par plusieurs chemins différents.

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Qu'est-ce que des dipôles en série ?

Des dipôles sont en série lorsqu'ils ont une seule borne commune et que cette borne commune n'est pas un nœud. Le courant doit circuler par le même chemin.

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Qu'est-ce qu'un nœud dans un circuit électrique ?

Un nœud est un point de connexion de plusieurs composants dans un circuit électrique. Le courant arrive et part de ce point.

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Expliquez la loi des nœuds de Kirchhoff.

La loi des nœuds stipule que la somme algébrique des intensités des courants qui entrent par un nœud est égale à la somme algébrique des intensités des courants qui en sortent.

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Expliquez la loi des mailles de Kirchhoff.

La loi des mailles stipule que la somme des tensions le long d'une maille d'un réseau électrique est toujours nulle.

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Quel est l'objectif des lois de Kirchhoff ?

Les lois de Kirchhoff (loi des nœuds et loi des mailles) permettent d'exprimer mathématiquement la conservation de l'énergie et du courant dans un circuit électrique.

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Loi des mailles

La loi des mailles stipule que la somme algébrique des tensions dans une maille est toujours égale à zéro.

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Diviseur de tension

La tension de sortie (V2) d'un diviseur de tension est proportionnelle à la résistance de sortie (R2) et à la tension d'entrée (V).

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Analyse de circuit

Pour analyser un circuit complexe, il est important d'identifier les différentes parties: générateur, résistances, points de connexion, et courant.

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Courant total

Le courant qui circule dans un circuit est déterminé par la somme des courants dans chaque branche parallèle.

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Tension moitié

La tension aux bornes d'un élément en série avec une résistance identique est la moitié de la tension totale.

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Study Notes

Chapitre 16 - Propriétés électriques de base

  • Cours de physique générale, module B1.1
  • Enseignant : Dr Ruud van Heeswijk
  • Université de Lausanne (UNIL)

TurningPoint QCM

  • Session ID : physgen2024

Nombre d'étudiants connectés

  • Possibilité de choix de réponses allant de 0 à >500.
  • Aucune donnée précise sur la réponse.

Questions supplémentaires

  • Temps nécessaire à une impulsion nerveuse pour parcourir le corps.
  • Fonctionnement de l'IRM pour imager l'épaule.

Objectifs

  • Calculer la force de Coulomb entre les charges électriques.
  • Comprendre la notion de champ électrique.
  • Comprendre la notion de courant électrique.
  • Décrire et calculer la loi d'Ohm.
  • Appliquer les lois de Kirchhoff (loi des nœuds et loi des mailles).
  • Calculer la résistance équivalente de résistances en série et en parallèle.
  • Calculer la tension d'un diviseur de tension.

Électromagnétisme

  • L'électromagnétisme englobe les phénomènes électriques et magnétiques.
  • La charge électrique est le facteur commun à ces phénomènes.
  • L'étude de l'électricité comprend les concepts de champ électrique, de force électrique, de potentiel électrique, de tension électrique (différence de potentiel), de courant électrique, d'intensité de courant électrique et de résistance électrique.
  • Étude du champ électromagnétique et son interaction avec des particules chargées.

Rappel - propriétés atomiques de base

  • Les atomes sont les constituants fondamentaux de la matière.
  • Constituants d'un atome : protons, neutrons, électrons.
  • Charges électriques : protons (+), électrons (-), neutrons (neutre).
  • Masses des particules : protons (1,673 x 10⁻²⁷ kg), neutrons (1,675 x 10⁻²⁷ kg), électrons (9,109 x 10⁻³¹ kg).
  • Unité de masse atomique (uma) : 1,6605 x 10⁻²⁷ kg.
  • Structure atomique : les électrons gravitent autour du noyau (protons et neutrons).
  • Ions : atomes qui ont gagné ou perdu des électrons, devenant chargés.

Loi de Coulomb

  • Décrit la force d'interaction électrique entre deux particules chargées.
  • Nommée d'après Charles-Augustin de Coulomb.
  • Base de l'électrostatique.
  • La force électrostatique est proportionnelle au produit des deux charges et inversement proportionnelle au carré de la distance entre elles.
  • La force est portée par la droite passant par les deux charges.
  • Unité de la charge : coulomb (C).
  • Charge élémentaire d'un électron : -1,602 x 10⁻¹⁹ C.

Deux sortes de charges électriques

  • Positives et négatives.
  • Charges de même signe se repoussent.
  • Charges de signes opposés s'attirent.

Constante de Coulomb

  • K = 1/(4πε₀) = 9 x 10⁹ Nm²/C²
  • Constante de la permittivité dans le vide ɛ₀ = 8,85 x 10⁻¹² C²/Nm²

Analogie entre force gravitationnelle et force électrostatique

  • Similitudes dans les expressions mathématiques reliant les forces aux grandeurs des objets et la distance qui les sépare.
  • Différence de constante de proportions.

Loi de Coulomb - plusieurs charges simultanées

  • La force résultante sur une charge q est la somme vectorielle des forces dues aux autres charges.

Champ électrique

  • Le champ électrique est un champ vectoriel créé par des particules chargées.
  • Une autre charge placée dans ce champ subit une force électrique à distance.
  • Unité du champ électrique : Volt par mètre (V/m).
  • Les lignes de champ indiquent la direction du vecteur champ électrique et la direction des forces électriques.

Champ électrique = force électrique/charge

  • La force sur une charge témoin q dans un champ électrique est proportionnelle à la charge q.
  • En normalisant la relation, on obtient le champ électrique E = F/q.

Potentiel électrique

  • Correspond à l'énergie potentielle électrostatique d'une charge unitaire.
  • Mesuré en volts (V).
  • Travail à fournir pour transporter une charge positive unité depuis l'infini jusqu'à un point donné dans le champ électrique.
  • Analogue à l'altitude dans le cas du champ gravitationnel.

Loi des nœuds

  • La somme algébrique des intensités des courants entrant dans un noeud est égale à la somme algébrique des intensités des courants sortant.

Loi des mailles

  • La somme algébrique des tensions le long d'une maille est égale à zéro.

Courants électriques

  • Déplacement de charges sous l'action du champ électrique dans un matériau non isolant.
  • Intensité de courant (I) mesurée en ampères (A).
  • I = ΔQ/Δt (Charge totale traversant une surface/temps).
  • I = q n A v (densité de charges, charge élémentaire, vitesse de dérive des charges, longueur du fil et surface traversée).

Résistance électrique

  • Propriété d'un matériau à s'opposer au passage du courant.
  • R= pl/A.
  • dépend de la longueur(l), section transversale (A) et résistivité(p). (rhô) du matériau.
  • Unité : ohm (Ω)

Loi d'Ohm

  • Relation entre la tension (V), le courant (I) et la résistance (R) d'un circuit.
  • V=R.I.

Association de résistances (série, parallèle)

  • Calcul de la résistance équivalente pour des résistances en série et en parallèle

Circuit électrique

  • Un ensemble de conducteurs et de composants électroniques parcourus par un courant.
  • Composés d'au moins un générateur et un récepteur.
  • Description des composants (bornes, dipôles, nœuds, générateurs, récepteurs).
  • Conventions de sens courant et tension.

Diviseur de tension

  • Montage électronique qui divise la tension d'entrée.
  • Deux résistances en série connectées à un générateur.
  • Tension de sortie mesurée aux bornes de la deuxième résistance.

Mise en pratique des différentes lois

  • Application des lois de Kirchhoff et d'Ohm à un circuit complexe.
  • Calcul de la résistance équivalente et du courant.

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