Énergie potentielle d’une charge électrique dans un champ électrique uniforme (Sciences Maths) – Exercices
Résumé et Points Clés
Résumé : Énergie potentielle d’une charge électrique dans un champ électrique uniforme
Ce cours de physique pour le niveau 1ère Bac Sciences Mathématiques traite de l’énergie potentielle électrostatique dans un champ uniforme. Les concepts clés sont :
- Travail de la force électrostatique : Le travail de la force électrique F = qE sur une charge q se déplaçant de A à B dans un champ uniforme E est W = q E . AB. Il est indépendant du chemin, ce qui prouve que la force électrique est conservative.
- Potentiel électrique (V) et tension (U) : La différence de potentiel (tension) entre deux points est définie par UAB = VA – VB = E . AB. Dans un champ uniforme dirigé selon l’axe (Ox), on a la relation simple V = E × x. Pour une charge ponctuelle, le potentiel en un point M est V(M) = (1/(4πε₀)) × (q/r).
- Surfaces équipotentielles : Ce sont des surfaces où le potentiel est constant. Le champ électrique E est toujours perpendiculaire à ces surfaces et dirigé vers les potentiels décroissants.
- Énergie potentielle électrostatique (Epe) : L’énergie potentielle d’une charge q en un point M est Epe(M) = q × V(M) + C (C étant une constante). Sa variation entre deux points A et B est ΔEpe = q (VB – VA) = – WAB(F), reliant directement la variation d’énergie au travail de la force conservative.
- Conservation de l’énergie et applications : L’énergie mécanique totale (cinétique + potentielle) d’une charge dans un champ électrique se conserve en l’absence de forces non conservatives. Le théorème de l’énergie cinétique ou mécanique permet de calculer des vitesses acquises. L’unité pratique électron-volt (1 eV = 1.6×10-19 J) est introduite pour mesurer ces énergies à l’échelle atomique.
Conseils pour les examens : Maîtrisez la relation fondamentale W = q.U = -ΔEpe. Pour les calculs dans un champ uniforme, utilisez la formule U = E × d × cos(α) où d est la distance projetée dans la direction du champ. N’oubliez pas que le champ est perpendiculaire aux équipotentielles et que son sens indique la décroissance du potentiel. Entraînez-vous sur des exercices d’application impliquant le calcul de tensions, de variations d’énergie (en joules et en eV) et l’utilisation des théorèmes de l’énergie.