Au programme de ce chapitre
- I. La notion de champ
- II. Champ de gravitation et champ électrostatique
- III. Champ de pesanteur et champ magnétique
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Une grandeur physique est décrite par un champ lorsqu'elle possède une valeur en tout point d'une région de l'espace. Un champ scalaire associe un nombre à chaque point (température, pression) ; un champ vectoriel lui associe un vecteur, caractérisé par une direction, un sens et une valeur (champ de pesanteur, champ électrostatique, champ magnétique).
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Un exemple corrigé
Exemple traité Deux petites sphères portent chacune la charge q = 1,0 × 10⁻⁹ C et sont distantes de d = 3,0 cm = 3,0 × 10⁻² m.
F = 8,99 × 10⁹ × (1,0 × 10⁻⁹)² / (3,0 × 10⁻²)² = 8,99 × 10⁹ × 1,0 × 10⁻¹⁸ / 9,0 × 10⁻⁴ = 1,0 × 10⁻⁵ N. Les charges étant de même signe, les forces sont répulsives.
Le champ créé par l'une des sphères à l'emplacement de l'autre vaut E = k·|q|/d² = 8,99 × 10⁹ × 1,0 × 10⁻⁹ / 9,0 × 10⁻⁴ = 1,0 × 10⁴ N·C⁻¹, et l'on retrouve bien F = |q|·E = 1,0 × 10⁻⁹ × 1,0 × 10⁴ = 1,0 × 10⁻⁵ N.
F = 8,99 × 10⁹ × (1,0 × 10⁻⁹)² / (3,0 × 10⁻²)² = 8,99 × 10⁹ × 1,0 × 10⁻¹⁸ / 9,0 × 10⁻⁴ = 1,0 × 10⁻⁵ N. Les charges étant de même signe, les forces sont répulsives.
Le champ créé par l'une des sphères à l'emplacement de l'autre vaut E = k·|q|/d² = 8,99 × 10⁹ × 1,0 × 10⁻⁹ / 9,0 × 10⁻⁴ = 1,0 × 10⁴ N·C⁻¹, et l'on retrouve bien F = |q|·E = 1,0 × 10⁻⁹ × 1,0 × 10⁴ = 1,0 × 10⁻⁵ N.
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège. Le champ existe indépendamment de l'objet ; c'est quand un objet sensible (masse, charge) y est placé qu'une force apparaît.
Attention Ne confondez pas masse et poids : la masse, en kilogrammes, mesure la quantité de matière et ne dépend pas du lieu ; le poids, en newtons, est une force et dépend de g. Attention également aux unités du champ électrostatique : le N·C⁻¹ et le V·m⁻¹ sont deux écritures de la même unité.
L'astuce du prof
Astuce. Associe chaque champ à son « objet sensible » : gravitation ↔ masse, électrique ↔ charge, magnétique ↔ aimant/courant.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1
Qu'est-ce qu'un champ de gravitation ?
Voir la correction
Une grandeur définie en tout point qui exerce une force attractive sur toute masse (ex. le champ terrestre).
Exercice 2
Quelle force subit une charge dans un champ électrique ?
Voir la correction
Une force électrique (attractive ou répulsive selon le signe).