Électrostatique - Cours PDF

1. Électrostatique I.1. Charges électriques Jusqu'ici, la trajectoire des objets était l'objet d'étude principal, et la masse le paramètre-clé. La charge électrique est un autre paramètre décrivant un corps, relatif à un tout autre domaine : l'électromagnétisme. Mise en évidence ?...

1. Électrostatique I.1. Charges électriques Jusqu'ici, la trajectoire des objets était l'objet d'étude principal, et la masse le paramètre-clé. La charge électrique est un autre paramètre décrivant un corps, relatif à un tout autre domaine : l'électromagnétisme. Mise en évidence ? Expériences possibles Des bâtons de plastique et de verre sont suspendus et frictionnés avec un tissu de laine. Attraction entre la laine et les bâtons Laine Laine Verre Ebonite (plastique) 1) Lorsqu’on approche un bâton d’ébonite frotté avec une fourrure, le bâton d ’ébonite est repoussé et la tige de verre (frottée elle aussi) est attirée. 2) Lorsqu’on approche une autre tige de verre frottée elle aussi avec un tissu de laine, le bâton d’ébonite est attiré et la tige de verre est repoussée. Des corps (par frottement ici) peuvent s'attirer ou se repousser. Il existe deux types de charges électriques : on parlera de charges positives et négatives. Convention : dans notre expérience, le verre acquiert une charge +, le plastique une charge –. Deux corps portant des charges de même signe se repoussent. Deux corps portant des charges de signe opposé s'attirent. = apparition d'une charge électrique sur cet objet.  I.2. Interprétation microscopique Pour comprendre l’origine des phénomènes électriques, tournons-nous vers la structure microscopique de la matière Noyau atomique + : 10-10 m protons neutrons 10-15 m Nuage électronique négatif : électrons Dans la matière qui nous entoure, les protons, les neutrons et les électrons sont généralement organisés en : atomes (neutres électriquement), molécules, assemblage d'atomes, ions (chargés électriquement) : solutions et plasmas. Charge élémentaire : = 1,602. 10–19 C (Coulomb) Charge de l'électron : = – Charge du proton : = La plus petite charge possible ! Charge du neutron : = 0 Toute charge électrique est un multiple entier de la charge élémentaire. La charge totale d'un système est la somme des charges qui le composent. Des charges de signe opposé s'attirent, des charges de même signe se repoussent. Il existe des matériaux dit « conducteurs » (le cuivre et autres métaux par exemple), dans lesquels certains électrons sont libres de se déplacer. Leur déplacement crée un déplacement de charge, ce qui, nous le verrons plus tard, est associé à un courant électrique. Lorsqu’un objet en métal est électrisé, les charges excédentaires se disposent sur sa surface : répulsion + charges libres. Pour décrire un conducteur électrisé, on pourra parler de charge par unité de surface. Soit une charge répartie sur une surface , alors la densité de charge vaut Dans les matériaux dit « isolants » (bois, plastique), les électrons libres sont absents. Ces matériaux ne favorisent pas l’apparition d’un courant électrique. Dans un isolant électrisé, la charge se distribue dans le matériau. Certains matériaux sont intermédiaires entre les isolants et les conducteurs : on parle de semi-conducteurs. Les semi-conducteurs (silicium, germanium,…) sont à la base de toute l’électronique moderne, ainsi que des panneaux solaires.  I.3. Retour à l'électrisation On distingue trois types d’électrisation : par frottements, par influence (à distance), par contact. Un morceau de caoutchouc frotté par un tissu constitue une électrisation par frottement. Des électrons sont transférés de la laine sur le caoutchouc Pour décrire l’électrisation par influence, imaginons l’expérience suivante : on approche une tige chargée positivement d'une sphère métallique neutre. ±±±± +++++ ± ± ± ± ± ± ± ± - + +++++ ± ± ± ± ± ± ± --- +++ --- +++ ±±±± ---- +++ Tige chargée + - + (déficit d’électrons) Sphère neutre Des charges –, attirées par les charges + de la tige, se concentrent près de la tige, laissant des charges + du côté opposé. L’électrisation par contact peut s'envisager par un pendule électrostatique, constitué d'une boule légère recouverte d'une feuille métallique. 1) On approche une baguette électrisée du pendule. Le pendule est attiré par la baguette : électrisation par influence. + - + 2) On touche le pendule avec la baguette ; la sphère est alors repoussée. En effet, la baguette transfère des charges à la sphère, neutre au départ. Par conséquent la baguette et la sphère sont chargées identiquement et se repoussent. NB : « transférer une charge + » = + + « recevoir un électron » Fondamentalement, l’électrisation consiste donc en un : le corps qui possède un est chargé négativement. le corps qui possède un est chargé positivement. Lorsqu’on frotte une tige de plastique avec un morceau de laine, des électrons sont arrachés de la surface de la laine et passent sur le plastique. Le plastique, électriquement neutre avant l’expérience, présente alors un excès d’électrons : sa charge électrique devient négative : on parle d’.  Nuage électrisé : convection, frottements Sol électrisé par influence Éclair : décharge électrique (voir plus loin) Vidéo FR 8 min (4/5). Deux gouttes de culture, Tout savoir sur les orages.  2) Le laser crée des charges – là où apparaîtra l'image Toner, charge + 1) Tambour électrisé positivement 6) Une lampe 3) L’encre, sous Tambour décharge le tambour forme d'ions +, se tournant fixe là où le 5) Chauffage du papier tambour est – pour fixer l'encre 4) Le papier est fortement électrisé négativement et « absorbe » les molécules d'encre En principe, toute installation électrique est reliée à la terre / à la masse. La terre : sol ou tout objet suffisamment massif et dissocié du circuit électrique. La terre peut être vue comme une « réserve d'électrons ». Si, pour une raison quelconque, une électrisation se produit dans un circuit électrique (danger potentiel), la terre peut absorber l'excès de charge. I.4. Electroscope Dispositif mettant en évidence l’électrisation d’un objet. Il se compose de trois éléments connectés. Plateau métallique Tige métallique Feuillets métalliques si tige électrisé, il y a influence des électrons dans les feuillets métalliques  à mesure que l’on approche la tige +, les charges – se groupent sur le plateau et les charges + sont repoussées dans les feuillets. Ceux-ci, alors chargés positivement, se repoussent. Pour rappel : Deux corps portant des charges électriques de même signe se repoussent. Deux corps portant des charges électriques de signes contraires s’attirent. L’interaction est une interaction attractive ou répulsive s’exerçant entre des objets possédant une charge électrique. La loi de Coulomb formule mathématiquement cette constatation.  deux charges de même signe 1 2 >0 1 2 deux charges de signe opposé 1 2 0, un sens contraire sinon. Lorsque plusieurs charges sont présentes, le champ électrique total est la somme vectorielle des champs électriques de chaque charge. Dans le cas de deux charges égales, En physique, un cas particulièrement important est celui de deux charges égales en valeur absolue mais opposées en signe : le Molécule d’eau Un dipôle électrique est électriquement neutre s’il est pris dans sa totalité. De nombreuses molécules chimiques peuvent se voir comme des dipôles électriques.  : dispositif pouvant accélérer fortement des particules chargées. Sortie : particules à grande vitesse Entrée : particules à faible vitesse Champ électrique interne constant accélération  Force agissant sur la particule : Puisque et sont constants, l’est aussi MRUA. Où trouver des LINAC ? Recherche + médecine (radiothérapie) Soit une charge > 0 (charge-test) placée à une distance d’une charge statique > 0. Approchons la charge-test à une distance. Dans l’exemple considéré, il faut vaincre la force répulsive entre et , c’est-à-dire. Un travail pouvant être relié à une différence d’énergie potentielle, on devrait pouvoir écrire que le travail fourni vaut , étant une Pour un système de deux charges ponctuelles : On peut se servir de comme de n’importe quelle énergie potentielle : si est l’énergie cinétique de la charge-test, On définit alors le généré par la charge statique comme : est une grandeur scalaire s'exprimant en (V). 1V= En électricité, est également appelé t. On parlera de plutôt que de potentiel car, tout comme en mécanique, seules les différences de potentiel ont un sens physique. La tension est une grandeur plus aisée à manipuler que le champ électrique, qui est un vecteur. Utilité du concept de tension ? Tout système évolue spontanément pour minimiser son énergie. Ici, il s’agit de perdre de l’énergie électrique. Une charge ira spontanément de vers si Or, Évolution spontanée : si > 0, alors Δ < 0 ; si < 0, alors Δ > 0. Une charge + se déplace spontanément vers les potentiels décroissants, une charge – vers les potentiels croissants. Dans un système donné, les surfaces équipotentielles sont les lieux géométriques où le potentiel électrique possède une valeur constante donnée. 3 Pour une charge isolée : 2 1 Q(+) Même potentiel sur un cercle (sphère) de même rayon. Soient deux plaques chargées séparées par un gaz : + - Champ électrique constant Différence de potentiel constante entre les plaques : proportionnelle à. Dispositif très courant : , nuage + sol pendant l'orage, cellules nerveuses, électrodes, etc. Au-delà d’une certaine tension, l’énergie potentielle électrique est telle qu’elle est suffisante pour ioniser les atomes de gaz Particules chargées entre les plaques. Les ions, chargés, vont brusquement se diriger vers les plaques, créant une décharge électrique. Production de rayons X, foudre,… Nouvelle unité de mesure d’énergie, énergie cinétique gagnée par un électron accéléré depuis le repos par une différence de potentiel d’un volt. Unité hors SI. Unité très faible. Les multiples sont donc très souvent utilisés : keV, MeV, GeV, TeV,… Exemple : pour une différence de potentiel (ddp) de 20 000 V, les électrons gagnent une énergie cinétique EstI.10. appeléGénérateurs tout dispositif capable de générer une différence de potentiel électrique / une tension. Le mécanisme de cette génération peut être mécanique, chimique, thermique,… Dans un schéma électrique, un générateur est symbolisé par : Borne + : potentiel plus élevé Borne – : potentiel moins élevé Seule la différence de potentiel entre les bornes est mesurable. La différence de potentiel entre les bornes d’un générateur, V.9. soit Générateurs la tension, se mesure grâce à un. U Branchement en parallèle : création d'une « bifurcation » dans le circuit. Intuitivement, une haute tension dénotera donc une grande capacité à mettre des charges en mouvement.  Une pile de 1,5 V génère une différence de potentiel de 1,5 V. Le potentiel est plus élevé au pôle positif. Déplacement des électrons vers les potentiels croissants Courant électrique. Hausse de Énergie d’un électron : potentiel 2. Courants continus I.1. Charges électriques Une différence de potentiel génère un déplacement de charges, soit un , dit si son sens ne change pas. En pratique, le courant est majoritairement lié à un déplacement d'électrons dans un conducteur, même si d'autres formes peuvent exister (électrolytes)  I.1. Charges électriques direction fluctuant dans le temps (voir plus loin, partie magnétisme). Vidéo FR 26 min (3/5). C’est Pas Sorcier, Électricité Vidéo FR 26 min (2/5). C’est Pas Sorcier, Électricité – Quand les branchés disjonctent Vidéo FR 8 min (4/5). Deux gouttes de culture, L’électricité, qu’est-ce que c’est ? Vidéo FR 8 min (4/5). Deux gouttes de culture, Les grandeurs électriques  d’un courant électrique est le rapport entre la variation de charge Δ qui passe à travers la section d’un conducteur et la durée Δ de ce passage. exprimée en : 1 A = 1 C/s Il s’agit donc du débit de charges électriques. Unité alternative pour une charge :. Un ampère-heure = charge emmagasinée par une batterie délivrant un courant de 1 A pendant 1h. Dans les conducteurs solides, le courant électrique correspond au déplacement d’électrons. Par (et pour des raisons historiques), on admet que le sens du courant électrique part du pôle positif du générateur et revient au pôle négatif. sens réel : sens des électrons sens conventionnel : « comme si » des + - charges + se déplaçaient Une intensité peut se mesurer grâce à un. L’ampèremètre se branche « en série » dans le circuit : on ne crée pas de bifurcation. A V Exemples de courants électriques : 10 A : bouilloire électrique de 2300 W en 230 V 500 A : batterie automobile Vidéo FR 11 min (4/5). Physique Chimie première année, Notions de tension et intensité électrique (analogie hydraulique) Dans un conducteur seul, il n’y a pas de mouvement d’ensemble des électrons libres. Si on relie les bornes du conducteur à un générateur, un lent mouvement de dérive apparaît vers la borne + suite à l’apparition d’une différence de potentiel. Courant continu On peut estimer la des électrons dans un conducteur solide électrique moyennant deux hypothèses : 1) Tous les électrons se déplacent à la même vitesse 2) Cette vitesse est constante désigne la densité électronique (nombre d’électrons par m³) Considérons par exemple un fil de cuivre de rayon 1 mm. Ce matériau possède environ un électron libre par atome, soit = 8,38. 1028 m-3. Si ce fil est parcouru par un courant de 1 A, on trouve : vd = 2,37. 10-5 m/s ! La vitesse de dérive est en fait très lente, quoique le temps nécessaire pour mettre les charges en mouvement soit très court. Le circuit électrique le plus simple est constitué d’un générateur et d'une. Le générateur est représenté par : Fils conducteurs Aux bornes du générateur la tension ou différence de potentiel est notée. Dans ce circuit élémentaire, le générateur génère une , et le circuit est parcouru par un courant d'. Alors, la résistance est telle que : Loi d'Ohm Intuitivement, « cause » le mouvement des électrons, « mesure » ce mouvement. Même si un objet est conducteur, il oppose une résistance plus ou moins grande au passage du courant. Il présente ainsi une résistance électrique, exprimée en ( ). Dans un circuit, une résistance est représentée par : Le circuit complet est : Circuit ohmique : circuit composé de générateurs et résistances uniquement. Un conducteur est tel que le rapport est constant. Il correspond à la résistance du conducteur : pente de la droite. La résistance peut se mesurer directement via un ohmmètre. Vidéo FR 11 min (4/5). Incroyables expériences, Volts ou ampères le plus dangereux ? Construire un circuit électrique demande d’associer (relier) au moins un générateur à différents composants dans un circuit fermé / une boucle. Deux types de branchements sont possibles. (dérivation) 1 2... 1 2... n n  (dérivation) 1 2... 1 2... n n Un circuit principal. Un circuit « secondaire ». Même intensité dans tout le Même tension. circuit. Les intensités dans le Les tensions aux bornes branchement en parallèle des éléments s'additionnent : s'additionnent : Associations de générateurs : Installation domestique : un des 4 piles de 1.5 V en série éléments peut tomber en panne, fournissent une tension de 6 V le circuit resté fermé. Soient deux résistances branchées en série. On peut remplacer les 2 résistances par une seule de résistance Pour résistances en série, la résistance équivalente vaut : Prenons maintenant 3 résistances 1 , 2 et 3 branchées en parallèle. Pour résistances en parallèle, la résistance équivalente vaut : L'énergie fournie par un générateur est Charge déplacée U La puissance fournie est le dégagement d'énergie par unité de temps : Durée de fonctionnement La puissance électrique vaut Ce résultat est valable quel que soit le récepteur (appareil utilisant le courant). Tout récepteur traversé par un courant et possédant une différence de potentiel génère une puissance donnée par I U Durant un temps d'utilisation , production d'une énergie Remarquons que la puissance électrique ne s'exprime donc pas seulement en Watts (J/s) mais également en Volt.Ampère. Unité commune en électricité : l'énergie électrique s'exprime en La puissance dissipée dans une résistance vaut également , mais la loi d'Ohm dit que Une résistance dégage donc de l’énergie. Cette énergie est de nature (chocs électrons-atomes) : une résistance dégage de la chaleur par effet Joule. Cette énergie vaut : Difficulté de transporter des courants forts. Soit un matériau de longueur et de section. La loi de Pouillet dit que la résistance de ce matériau vaut : Le coefficient ρ est la du matériau (en Ω.m). Exemples : 2. 10-8 Ω.m pour du cuivre à 20°C 1010 Ω.m pour le bois à 20°C La est définie comme La résistivité peut changer avec la température. Dans le cas des métaux : où est la température (en °C) et α le coefficient de température. Certains matériaux ont une résistance qui s'annule sous une certaine température : les. Possibilité de « supprimer » l’effet Joule et de transporter des courants très forts. En général, est de l ordre de ‒100 °C (173 °K). Dans les thermomètres modernes, la température peut-être estimée par une mesure de résistance : 1) On met un corps métallique en contact avec l'objet dont on mesure la température. 2) La résistance du corps change jusqu'à atteindre une valeur stable. 3) De la valeur de on déduit celle de. Dans les installations domestiques : montages en parallèle. Si beaucoup d’appareils fonctionnent en même temps, les fils du circuit principal sont traversés par un courant très intense. Surintensité surchauffe des fils (effet Joule) rupture du circuit (dans un mur…) voire incendie. Deux dispositifs de sécurité : Fusible : fil métallique de section beaucoup plus petite que le circuit (donc R bien + grande selon Pouillet). Il casse en premier en cas de surintensité circuit ouvert plus de courant. Un générateur n’est jamais parfait : il existe des pertes d’énergie en son sein. Il possède donc une résistance interne. ε : force électromotrice du générateur (en V), tension générée par le générateur s’il était parfait : résistance interne du générateur : tension effectivement disponible  Imaginons un circuit simple. La puissance totale générée est dispersée par effet Joule dans les 2 résistances. Loi d'Ohm : Loi d'Ohm pour la force électromotrice : Un générateur en fonctionnement chauffe : Un récepteur généralise la notion de résistance. En effet, il dépense l’énergie du générateur par effet Joule (résistance interne ’ ) et par un autre biais. Exemples : moteur, ordinateur, rétroprojecteur,… Force contre-électromotrice Le bilan en puissance d'un tel circuit est : Effet Joule dans toutes les résistances Puissance totale fournie par le générateur Puissance utilisée par le récepteur Loi d’Ohm généralisée :  3. Magnétisme I.1. Charges électriques Dans la nature : composés aimantés (Fe3O4 p. ex.). Existence de deux pôles, Nord et Sud. Deux pôles identiques se repoussent, deux pôles différents s'attirent. Les aimants attirent certains matériaux : fer, nickel, cobalt,… Répulsion At tra c tio n Un aimant possède toujours les deux pôles :. Si on « coupe » un aimant, on obtient deux dipôles, jamais un pôle isolé. Différence avec l'électricité où on peut trouver des charges + et – séparées. Un aimant peut être caractérisé par un vecteur appelé « moment magnétique dipolaire ». Unités SI : A/m2 Norme : mesure la « force » de l'aimant Orientation : du pôle Sud au pôle Nord moment magnétique dipolaire par unité de volume Vidéo FR 20 min (5/5). C’est Pas Sorcier, Magnétisme. (Pas nécessaire de regarder les 6 dernières minutes) Généré par des charges électriques. Champ tangent aux lignes de champ. Champ capable d'exercer une force. Voir le dipôle électrique. Un aimant génère un champ magnétique dipolaire, mis en évidence par le fait que de plus petits aimants s'alignent sur lui. Champ tangent aux lignes de champ Champ capable d'exercer une force Mise en évidence : limaille de fer Nord : champ magnétique Sud : champ « sortant » magnétique « entrant » N S Une aiguille aimantée placée près d’un aimant prend une direction aux lignes de champ magnétique. Boussole : alignement avec le champ magnétique terrestre. Notation pour le champ magnétique : Unités SI : Tesla (T) ou Gauss = 10-4 T. Champ magnétique terrestre, environ 0,1 Gauss.  III.3. Quelques champs magnétiques Les lignes de champ sont des cercles concentriques. Norme à une distance du fil : Rappel : μ0 est la perméabilité du vide, ou constante magnétique. La direction de est tangente au cercle. Son sens est donné par la rotation d'un tire-bouchon pour « visser dans le sens du courant ».  N S Une spire parcourue par un courant se comporte comme un aimant : pôles Nord et Sud. Courant électrique magnétisme. Origine du magnétisme : déplacement de charges.  Sens du champ magnétique au centre de la spire ? Suivre la spire dans le sens du courant avec la paume de la main droite. Direction du pouce = direction du champ. Une spire possède un moment magnétique dipolaire également Un solénoïde est une bobine dont la longueur est bien supérieure à son rayon : >> Champ magnétique interne constant (lignes parallèles) : Nombre de spires Les lignes de champ se prolongent à l’extérieur du solénoïde et forment des courbes fermées. Sens du courant au centre ? Même méthode que la spire. Les propriétés magnétiques d’un solénoïde sont semblables à celles d’un aimant plat. N S  III.4. Origine du magnétisme Constatations : Une spire parcourue par un courant possède un moment magnétique dipolaire. Un électron orbitant autour d’un noyau peut se voir comme une boucle de courant, soit comme un « mini-aimant ». Dans la matière, chaque électron orbite dans une direction qui lui est propre. Les moments magnétiques associés sont globalement désordonnés : pas d'aimantation spontanée en général. De plus, les électrons sont majoritairement appariés sur une même orbitale. Leurs moments magnétiques s'opposent, donc effet résultant nul : pas de propriétés magnétiques.  ous l'effet d'un champ magnétique extérieur cependant, la plupart des matériaux a tendance à s'opposer à ce champ en générant un champ magnétique interne opposé : (loi de Lenz). Il en résulte une aimantation du composé. L'effet est très faible en général, , sauf pour les matériaux qui génèrent un champ exactement opposé au champ extérieur. Possibilité de. 581 km/h Certains corps (Al, Fe, O2) sont tels que, sous l'effet d'un champ magnétique extérieur, ils génèrent un champ magnétique interne renforçant faiblement le champ extérieur :. Similaire au paramagnétisme, mais cette fois les champs générés par les électrons sont déjà alignés par domaines (domaines de Weiss). Ferromagnétiques : fer, nickel, magnétite (Fe O ), ferrites (Fe O ), etc. En présence d'un champ magnétique extérieur, tous les champs s'alignent et renforcent fortement le champ extérieur. Le matériau est alors. De tels matériaux ont généralement des électrons non- appariés sur une orbitale : moment magnétique résultant non- nul, donc effets magnétiques plus marqués. Note : certaines espèces animales perçoivent le champ magnétique, et leur organisme contient des molécules ferromagnétiques. Ce mécanisme est encore mal connu.  III.5. Cycle d'hystérésis Considérons un matériau ferromagnétique, non encore aimanté. Ce matériau est inséré dans un dispositif générant un champ magnétique variable. Par exemple, un noyau de fer dans un solénoïde. variable Portons en graphique en fonction de. Initialement, le barreau est non aimanté B Lorsque augmente, augmente en suivant une courbe dite de première aimantation. En commence la saturation : si augmente, le champ n'augmente plus que très faiblement ; les champs magnétiques des électrons sont tous alignés.  Si, après la première aimantation, on annule le champ extérieur , le matériau reste aimanté : un champ magnétique interne, noté , demeure. est appelé L'aimantation rémanente est importante : fabrication d'un aimant permanent.  Pour annuler le champ , il est nécessaire d'inverser jusqu'à ce que ait l'intensité. est appelé  Si l’on continue à diminuer , on retrouve le phénomène de saturation. Cette fois les valeurs sont négatives mais par rapport aux valeurs positives.  Annulons : le champ dans le barreau reste à la valeur ‒. En augmentant à nouveau , on retrouve le point. Désormais, si l’on modifie , le champ suivra la courbe rouge : cycle d'hystérésis, caractéristique de chaque matériau. Certains matériaux ont une aimantation rémanente très faible mais peuvent être aimantés. Courant électrique Champ magnétique externe Aimantation de saturation Coupure du courant Plus d'aimantation  III.6. Force magnétique Une charge statique génère un champ et exerce une force sur une charge-test. Des charges en mouvement génèrent un champ Magnétique et la charge-test subit une force électromagnétique totale appelée force de Lorentz. Une charge se déplaçant à une vitesse dans un champ magnétique subit la Cette force est : perpendiculaire à et ; de norme ; de sens donné par la « règle du tire-bouchon ». Si , alors La force est nulle, la charge continue son mouvement en ligne droite et à vitesse constante : il s’agit d’un MRU (première loi de la mécanique). Si , modifie la direction de la vitesse mais pas son intensité. En effet, est alors une constante. Puisque et on a que Ainsi, l'accélération est de type centripète et le mouvement de la est un MCU. MCU : Rayon et période de la trajectoire ? En norme, Période ? En général, la vitesse possède une composante parallèle et perpendiculaire au champ magnétique : MRU à vitesse suivant MCU à vitesse linéaire dans la direction perpendiculaire à Le mouvement résultant est une spirale.  Permet de générer un faisceau de particules (fortement) E accélérées. B MCU dans le champ magnétique. MRUA dans le champ électrique alternatif entre les deux « dés ». À chaque passage, la particule produite au centre est accélérée et sort à grande vitesse. Avantage : gain de place ! Où trouver des cyclotrons ? stérilisation dans l’industrie alimentaire ; fabrication d’isotopes radioactifs (utilisés en PET-scan et scintigraphie) ; alternative à la radiothérapie : protonthérapie. III.7. Force de Laplace Le courant est un Fil conducteur Champ déplacement de longueur Aimant magnétique d'électrons : Courant I Force sur chaque électron : force totale sur le fil, Un fil de longueur parcouru par un courant et plongé dans un champ magnétique subit une force dont les caractéristiques sont : norme : = sin α ; direction : perpendiculaire au sens du courant et au champ magnétique ; sens : règle du tire-bouchon doigts de la main gauche. Vecteur : norme , direction du fil, sens du courant Vidéo FR 5 min (4/5). Julien Astruc, Le moteur électrique simple  III.8. Loi de Lenz Soit une surface traversée par un champ magnétique formant un angle θ avec la perpendiculaire à cette surface. Le flux magnétique à travers est défini comme : Unité de flux : [Φ] = Weber (Wb) = T m2 Une tige métallique de longueur est déplacée dans un champ magnétique constant. La force magnétique provoque un déplacement des électrons de la tige : + ‒ Donc, un champ électrique apparaît entre les extrémités de la tige : La force électrique ainsi apparue s'oppose à la force magnétique. À l'équilibre : Différence de potentiel ? une différence de potentiel est dans un conducteur en mouvement dans un champ magnétique. Si la barre est posée sur un cadre métallique, cette différence de potentiel génère un courant = avec Ici, donc Le courant induit s'oppose à la variation de flux. Le champ magnétique induit dans la spire s'oppose au champ extérieur. Toute variation de flux magnétique à travers une surface donnée engendre une tension induite égale à la vitesse de variation du flux magnétique. La tension induite crée un courant induit dont le sens est tel que le s’oppose à la variation du champ extérieur (inducteur). Dans la matière, ceci explique le diamagnétisme. Puisque , il y a plusieurs façons de le faire varier : variable ; N variable ; θ variable. S Applications de la loi de Lenz ? Dans un générateur, une bobine tournant dans un champ fixe subit une variation de flux par variation de l'angle θ. En retour, un courant est produit : changement de sens dans le temps. Vidéo FR 9 min (3/5). Deux gouttes de culture, L’électricité – ses usages. Dans une centrale électrique, l'enjeu est d'assurer la rotation du rotor. Pour cela,on peut utiliser : la combustion du charbon, du pétrole, l'énergie hydraulique, nucléaire,… 50 Hz Un morceau de métal est soumis à un champ magnétique variable apparition de courants induits s'opposant à ce champ dans le métal. variable Risque de détérioration par échauffement / effet Joule. Effet positif des courants de Foucault : Dans un microphone, l’onde sonore (1) fait vibrer une membrane (2) attachée à une bobine mobile (3). Le déplacement de cette bobine par rapport à un aimant fixe (4) induit un courant par la loi de Lenz (5). Celui-ci transmet le signal sonore sous forme électrique. Un baffle fonctionne à l'opposé : un courant variable induit le déplacement de la bobine, donc d'une membrane.