Calcul du Flux Électrique à Travers une Surface

Calcul du Flux Électrique à Travers une Surface

Comprendre le Calcul du Flux Électrique à Travers une Surface

En électrostatique, le flux électrique à travers une surface fermée est une quantité importante pour déterminer la charge totale enfermée par cette surface.

Cet exercice vous permettra de comprendre comment appliquer le théorème de Gauss pour calculer le flux électrique à travers une surface sphérique, en prenant en compte une distribution de charge spécifique.

Pour comprendre la Vérification de la conservation de la charge, cliquez sur le lien.

Données:

  • Une charge ponctuelle \( Q \) de \( +5 \, \mu C \) (microcoulombs) est placée au centre d’une sphère.
  • La sphère a un rayon \( R \) de \( 2 \, m \) (mètres).
  • La permittivité du vide \( \epsilon_0 \) est de \( 8.85 \times 10^{-12} \, F/m \) (farads par mètre).
  • La charge est uniformément distribuée en volume dans un petit noyau au centre de la sphère, le reste de la sphère étant non chargé.
Calcul du Flux Électrique à Travers une Surface

Questions:

1. Calculez le flux électrique \( \Phi_E \) à travers la surface de la sphère.

2. Déterminez si le résultat serait différent si la charge était distribuée uniformément sur la surface de la sphère au lieu d’être au centre.

Correction : Calcul du Flux Électrique à Travers une Surface

1. Calcul du Flux Électrique \(\Phi_E\)

Formule de la loi de Gauss :

\[ \Phi_E = \frac{Q_{\text{enc}}}{\epsilon_0} \]

où \(Q_{\text{enc}}\) est la charge totale enfermée par la surface, et \(\epsilon_0\) est la permittivité du vide.

Substitution des valeurs données :

  • \(Q = +5\, \mu C = 5 \times 10^{-6}\, C\) (Coulombs)
  • \(\epsilon_0 = 8.85 \times 10^{-12}\, F/m\) (Farads par mètre)

Calcul du flux :

\[ \Phi_E = \frac{5 \times 10^{-6}}{8.85 \times 10^{-12}} \] \[ \Phi_E = 564971.751412\, \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C} \]

Le flux électrique à travers la surface de la sphère est donc d’environ \(564,972\, \text{N}\cdot\text{m}^2/\text{C}\).

2. Réflexion sur la Distribution de la Charge

Question : Si la charge était distribuée uniformément sur la surface de la sphère au lieu d’être concentrée au centre, le résultat serait-il différent?

Analyse :

Dans le cas d’une sphère avec une charge ponctuelle au centre, comme vu précédemment, toute la charge est uniformément « vue » depuis n’importe quel point sur la surface sphérique, car chaque ligne de champ partant de la charge intersecte la surface une fois.

Si la charge était répartie sur la surface, le flux électrique à travers la surface serait également le même. Cela est dû à la propriété de symétrie sphérique qui s’applique toujours.

Le champ électrique à la surface serait simplement

\[ E = \frac{Q}{4\pi \epsilon_0 R^2} \]

et en intégrant ce champ sur toute la surface sphérique

\[ A = 4\pi R^2 \]

on retrouverait le même flux:

\[ \Phi_E = E \cdot A = \frac{Q}{4\pi \epsilon_0 R^2} \cdot 4\pi R^2 = \frac{Q}{\epsilon_0} \]

Conclusion :

Le flux électrique \(\Phi_E\) calculé serait le même que la charge soit concentrée au centre ou distribuée uniformément sur la surface de la sphère.

Le théorème de Gauss assure que le calcul du flux ne dépend que de la charge totale enfermée et de la symétrie de la distribution de la charge.

Calcul du Flux Électrique à Travers une Surface

D’autres exercices d’électricité statique:

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Force exercée par un dipôle électrique

Force exercée par un dipôle électrique Comprendre la Force exercée par un dipôle électrique Dans le domaine de l'électricité statique, un dipôle électrique est constitué de deux charges de signes opposés mais de même magnitude, séparées par une petite distance. Ce...

Calcul du moment dipolaire

Calcul du moment dipolaire Comprendre le Calcul du moment dipolaire En physique, le moment dipolaire électrique est une mesure de la séparation des charges positives et négatives dans un système. Il joue un rôle crucial en électrostatique, influençant les interactions...

Calcul du potentiel électrique au centre d’un carré

Calcul du potentiel électrique au centre d'un carré Comprendre le Calcul du potentiel électrique au centre d'un carré Vous êtes physicien dans un laboratoire qui étudie les champs électriques produits par différentes configurations de charges. Une configuration...

Calcul de l’énergie potentielle d’une sphère

Calcul de l'énergie potentielle d'une sphère Comprendre le Calcul de l'énergie potentielle d'une sphère Une sphère métallique de rayon \(R = 0.1\,\text{m}\) est uniformément chargée avec une densité de charge \(\rho = 8.85 \times 10^{-12}\,\text{C/m}^3\). Cette sphère...

Étude d’un Précipitateur Électrostatique

Étude d'un Précipitateur Électrostatique Comprendre l'Étude d'un Précipitateur Électrostatique Dans une usine de traitement des déchets industriels, un précipitateur électrostatique est utilisé pour éliminer les particules fines en suspension dans les gaz...

Condensateurs en Série et en Parallèle

Condensateurs en Série et en Parallèle Comprendre les Condensateurs en Série et en Parallèle Dans un laboratoire de physique, un étudiant est chargé de concevoir un circuit nécessitant une capacité spécifique. Il dispose de plusieurs condensateurs et doit déterminer...

Calcul de la Surface d’un Condensateur

Calcul de la Surface d'un Condensateur Comprendre le Calcul de la Surface d'un Condensateur Vous êtes un ingénieur en électronique travaillant sur la conception d'un circuit qui inclut un condensateur pour stabiliser la tension et réduire les fluctuations de...

Champ et Potentiel Électriques pour une Charge

Champ et Potentiel Électriques pour une Charge Comprendre le Champ et Potentiel Électriques pour une Charge Dans un laboratoire de recherche en physique, une expérience est menée pour étudier les champs électriques générés par une charge ponctuelle. Cette expérience...

Différence de potentiel entre deux points

Différence de potentiel entre deux points Comprendre la Différence de potentiel entre deux points Une expérience en laboratoire est mise en place avec deux plaques parallèles chargées, l'une positive et l'autre négative, séparées par une distance fixe, générant ainsi...

Calcul du Potentiel Électrique au Point P

Calcul du Potentiel Électrique au Point P Comprendre le Calcul du Potentiel Électrique au Point P Un laboratoire de physique explore les champs électriques générés par des configurations spécifiques de charges. Dans une expérience, des chercheurs placent trois charges...