Le champ électrostatique

Les connaissances nécessaires

  • Champ électrique et ligne de force
  • Potentiel et courbe équipotentielle

Les objectifs

  • Relever des courbes équipotentielles et des lignes de force.
  • Mesurer des différences de potentiel entre différents points et relier aux valeurs du champ électrique.
  • Visualiser l'effet de pointe et les caractéristiques du dipôle.

L'expérience


Le dispositif et le principe des mesures


Les propriétés du champ électrique sont rendues mesurables par un papier conducteur placé entre les électrodes. On peut montrer que les distributions de potentiel et de champ existant dans le vide entre des électrodes sont équivalentes à celles existant sur du papier conducteur placé entre ces mêmes électrodes.

La détermination des courbes équipotentielles est réalisée par une méthode d'opposition : lorsque la pointe de test est en X, l'ampèremètre indique un courant nul si aucune différence de potentiel n'existe à ces bornes, c'est-à-dire si le potentiel en X est égal à VED. Un commutateur permet de faire varier ce potentiel VED de 0 à 2V par pas de 0.2V ; ce qui permet de rechercher quelques équipotentielles.
equipot(jpg)
La détermination des lignes de force est basée sur une propriété qui relie le champ et le potentiel : le champ est dirigé suivant la plus grande diminution du potentiel. Un testeur, constitué de 2 pointes, permet de mesurer la différence de potentiel entre 2 points : l'étudiant recherche la baisse maximale de potentiel, en maintenant une des 2 pointes fixes et en faisant décrire un arc de cercle à l'autre pointe. Le sens de cette plus grande diminution est le sens du champ. En répétant cette opération de point en point, l'étudiant met en évidence les lignes de force.
ligne_force(jpg)

Les mesures


  • L'étudiant recherche les équipotentielles et les lignes de force existant entre 2 électrodes qui ont la forme de barres, et dont une comporte une pointe (figure 1). Il doit également déterminer le champ aux alentours de la pointe et répondre à quelques questions.
  • L'étudiant recommence le même type de mesures après avoir remplacé les 2 barres par 2 disques qui forment un dipôle (figure 2).