Module de Physique-Biophysique (PDF)

module de physique-biophysique DEPARTEMENT DE MEDECINE FACULTE DE MEDECINE – UNIVERSITE ALGER 1 e-mail : [email protected] ELECTRICITE et BIOELECTRICITE - ELECTROSTATIQUE - PARTIE A Eléments à reteni...

module de physique-biophysique DEPARTEMENT DE MEDECINE FACULTE DE MEDECINE – UNIVERSITE ALGER 1 e-mail : [email protected] ELECTRICITE et BIOELECTRICITE - ELECTROSTATIQUE - PARTIE A Eléments à retenir 1ère année de médecine Professeur M. CHEREF Professeur M. SAIGHI I- Electrisation par frottement FROTTER UN BÂTON DE VERRE FROTTER UN TUBE DE METAL ATTRACTION DE CORPS LEGERS PAS D’ATTRACTIONS Comportement selon les Matériaux Utilisés matériau isolant matériau conducteur MISE EN EVIDENCE D’UNE FORCE « ELECTROSTATIQUE » SUSCEPTIBLE DE VAINCRE A DISTANCE LA FORCE DE GRAVITATION  I- Electrisation par influence ou par contact INFLUENCE Deux corps conducteurs A et B dans un milieu isolant Corps neutre Corps chargé positivement + - + + + - le Corps A reste globalement neutre + + - + + + + mais - - + + + + + la répartition des charges en son sein a varié - + + - + + + - Corps A Corps B CONTACT les charges de signes contraires s’annulent les charges restantes se répartissent Corps A + Corps B sur le corps A et le corps B (corps A + B) (Corps A + B) II- Explications et définitions (1) ELECTRICITE Interaction bien plus forte que la Gravitation Interaction Gravitationnelle Interaction Électrique Deux types Attraction universelle d’interactions possibles entre deux corps doués de masses Attraction Répulsion  II- Explications et définitions (2) deux sortes d’électrisation deux types de charges 02 Charges de même signe se repoussent Charges dites positives (charges +) 02 Charges de signes contraires s’attirent Charges dites négatives (charges -)  Charge électrique élémentaire [MILLIKAN : expérience de la goutte d’huile] Charge électrique élémentaire : e = 1,6.10-19 C [Le Coulomb = Unité définissant la quantité de charges] ELECTROSTATIQUE Résultat d’Interactions Électriques entre des particules chargées au repos  III- Loi de Coulomb (1) (q. q’ > 0) qO q’ X u  r F  1 q ⋅ q'  (vide)  1 −2  F= ⋅ 2 u K = = 9 ⋅ 10 N.m.C  9 2 4πε r  4πε 0  (avec ε : permittivité du milieu) Remarque : Le milieu considéré est, en général, le vide (*) III- Loi de Coulomb (2)  Exemple de deux charges q et q’ de signes contraires qO q’ X u  F  1 q ⋅ q'  r F= ⋅ 2 u 4πε 0 r  Principe de superposition Force de Coulomb que génèrent les charges qi sur une charge q’  1 q i ⋅ q'  F= 4πε 0 ⋅ ∑ i ri 2 ui (*) IV- Champ électrique (1)  Champ électrique : Définition (1) E existe en un point M de l’espace si une force F d’origine électrostatique s’exerce sur une charge ponctuelle placée en ce point qO M q’ X u  r F   1 q ⋅ q'   F 1 q  q  F= ⋅ 2 u E= = ⋅ 2 u = K⋅ u 4πε 0 r q' 4πε 0 r r2 (*) IV- Champ électrique (2)  Champ électrique : Définition (2)  q>0 E qO X M u r  1 q  q  E= ⋅ 2 u =K⋅ 2 u  4πε 0 r r E q0 E qO X M u r V V= 1 q ⋅ =K⋅ q 4πε 0 r r  1 q  q  E= ⋅ u =K⋅ 2 u 4πε 0 r 2 r Expression de E en fonction de V (dans le cas unidimensionnel)  ∂V    E r = −   ∂r  E = − grad ⋅ V = −∇ ⋅ V (*) (plus généralement)  VII- Travail W et énergie interne U  Travail W des forces électrostatiques Le travail W fourni pour déplacer une charge électrique q d’un point A à un autre point A’ Forces électrostatiques Forces dites « conservatives » W = Variation de l’énergie potentielle Ep q q’  Energie interne U Système de deux charges q et q’ distants d’une distance d d q ⋅ q' 1 q ⋅ q' ≤ 0 U≤0 U= ⋅ 4πε 0 d q ⋅ q' ≥ 0 U≥0 1 1 qi ⋅ q j Plus généralement U= ⋅ 2 4πε 0 ⋅ ∑∑ i j≠ i d ij (*) VIII- Topographie de l’espace électrique  Représentation schématique Lignes de Champ Ligne de Champ (ou de force) : Les lignes tangentes en chaque point au Champ électrique E en ce point. Surfaces équipotentielles V = cte Surface équipotentielle (ou ligne) : Les surfaces qui ont même potentiel électrique V (V = cte) E Remarques : - Les lignes de champ (ou de force) sont perpendiculaires aux surfaces équipotentielles - Le potentiel V décroît le long d’une ligne de champ