Exercices sur le champ électrique

Le champ électrique représente la variation de l'espace autour d'une charge électrique. Il est représenté par des lignes appelées lignes électriques.

Ce sujet fait partie du contenu électrostatique. Alors, profitez des exercices que Toda Matéria vous a préparés, testez vos connaissances et dissiperez les doutes en suivant les résolutions commentées.

Problèmes résolus et commentés

1) UFRGS - 2019

La figure ci-dessous montre, en coupe, un système de trois charges électriques avec leur ensemble respectif de surfaces équipotentielles.

Cochez l'alternative qui remplit correctement les blancs dans l'énoncé ci-dessous, dans l'ordre dans lequel ils apparaissent. A partir du tracé équipotentiel, on peut constater que les charges... avoir des signes... et que les modules de charge sont tels que... .

a) 1 et 2 – égaux – q1 b) 1 et 3 – égaux – q1 c) 1 et 2 – opposés – q1 d) 2 et 3 – opposés – q1 > q2 > q3
e) 2 et 3 – égaux – q1 > q2 > q3

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Les surfaces équipotentielles représentent des surfaces formées par des points qui ont le même potentiel électrique.

En observant le dessin, nous avons identifié qu'entre les charges 1 et 2 il y a des surfaces communes, cela se produit lorsque les charges ont le même signe. Par conséquent, 1 et 2 ont des charges égales.

D'après le dessin, nous observons également que la charge 1 est celle avec le plus petit module de charge, car elle a le plus petit nombre de surfaces, et la charge 3 est celle avec le plus grand nombre.

Par conséquent, nous devons q1

Alternative: a) 1 et 2 - égal - q1

2) UERJ - 2019

Dans l'illustration, les points I, II, III et IV sont représentés dans un champ électrique uniforme.

Une particule de masse négligeable et de charge positive acquiert l'énergie potentielle électrique la plus élevée possible si elle est placée au point :

là
b) II
c) III
d) IV

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Dans un champ électrique uniforme, une particule positive a plus d'énergie potentielle électrique plus elle est proche de la plaque positive.

Dans ce cas, le point I est l'endroit où la charge aura la plus grande énergie potentielle.

Alternative: a) Je

3) UECE - 2016

Le dépoussiéreur électrostatique est un équipement qui peut être utilisé pour éliminer les petites particules présentes dans les gaz d'échappement des cheminées industrielles. Le principe de fonctionnement de base de l'équipement est l'ionisation de ces particules, suivie de leur élimination par l'utilisation d'un champ électrique dans la région où elles passent. Supposons que l'un d'eux ait une masse m, acquière une charge de valeur q et soit soumis à un champ électrique de module E. La force électrique sur cette particule est donnée par

a) mqE.
b) mE/qb.
c) q/E.
d) qE.

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L'intensité de la force électrique agissant sur une charge située dans une région où existe un champ électrique est égale au produit de la charge par l'amplitude du champ électrique, c'est-à-dire F = q. ET.

Alternative: d) qE

4) Fuvest - 2015

Dans une classe de laboratoire de physique, pour étudier les propriétés des charges électriques, une expérience a été réalisée dans laquelle de petites sphères électrifiées sont injectés dans la partie supérieure d'une chambre, sous vide, où règne un champ électrique uniforme dans le même sens et dans le même sens que l'accélération locale du la gravité. Il a été observé qu'avec un champ électrique de module égal à 2 x 10³ V/m, une des sphères, de masse 3,2 x 10^-15 kg, est resté à vitesse constante à l'intérieur de la chambre. Cette sphère a (considérez: charge électronique = - 1,6 x 10^-19 Ç; charge protonique = + 1,6 x 10^-19 Ç; accélération locale de la pesanteur = 10 m/s²)

a) le même nombre d'électrons et de protons.
b) 100 électrons de plus que de protons.
c) 100 électrons de moins que les protons.
d) 2000 électrons de plus que de protons.
e) 2000 électrons de moins que les protons.

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D'après les informations contenues dans le problème, nous avons identifié que les forces agissant sur la sphère sont la force de poids et la force électrique.

Comme la sphère reste dans la chambre avec une vitesse constante, nous concluons que ces deux forces ont la même amplitude et la direction opposée. Comme l'image ci-dessous:

De cette façon, on peut calculer le module de la charge en égalant les deux forces agissant sur la sphère, c'est-à-dire :

Maintenant, pour trouver le nombre de particules supplémentaires, utilisons la relation suivante :

q = n.e

étant,

n: nombre d'électrons ou de protons supplémentaires
e: charge élémentaire

Par conséquent, en remplaçant les valeurs indiquées dans le problème, nous avons :

Comme nous l'avons vu, la force électrique devra avoir la direction opposée à la force du poids.

Pour que cela se produise, il est nécessaire que la charge ait un signe négatif, car de cette manière la force électrique et le champ électrique auront également des directions opposées.

Par conséquent, la sphère devra avoir un plus grand nombre d'électrons que de protons.

Alternative: b) 100 électrons de plus que de protons.

5) Unesco - 2015

Les modèles électriques sont souvent utilisés pour expliquer la transmission d'informations dans divers systèmes du corps humain. Le système nerveux, par exemple, est composé de neurones (figure 1), cellules délimitées par une fine membrane lipoprotéique qui sépare le milieu intracellulaire du milieu extracellulaire. La partie interne de la membrane est chargée négativement et la partie externe a une charge positive (figure 2), similaire à ce qui se passe dans les plaques d'un condensateur.

La figure 3 représente un fragment agrandi de cette membrane, d'épaisseur d, qui est sous l'action d'un champ électrique uniforme, représenté sur la figure par ses lignes de force parallèles les unes aux autres et orientées vers en haut. La différence de potentiel entre le milieu intracellulaire et extracellulaire est V. Considérant la charge électrique élémentaire comme e, l'ion potassium K+, indiqué sur la figure 3, sous l'action de ce champ électrique, serait soumis à une force électrique dont le module peut s'écrire comme

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Dans un champ électrique uniforme, la différence de potentiel est donnée par :

Le champ électrique E est égal au rapport entre la force électrique et la charge, soit :

En remplaçant cette relation par la relation précédente, on a :

Puisque nous n'avons qu'un seul ion potassium, l'expression q =n.e deviendra q=e. En substituant cette valeur dans l'expression précédente et en isolant la force, on trouve :

Alternative: d)

6) Fuvest - 2015

La zone entre deux plaques métalliques planes et parallèles est représentée sur la figure ci-contre. Les lignes en pointillés représentent le champ électrique uniforme existant entre les plaques. La distance entre les plaques est de 5 mm et la différence de potentiel entre elles est de 300 V. Les coordonnées des points A, B et C sont indiquées sur la figure. (Écrire et adopter: le système est dans le vide. Charge électronique = -1.6.10^-19 Ç)

Déterminer

a) modules ET_LES, ET_B et est_Ç du champ électrique aux points A, B et C, respectivement ;

b) différences de potentiel V_{UN B} et V_{avant JC} entre les points A et B et entre les points B et C, respectivement ;

c) le travail exercée par la force électrique exercée sur un électron se déplaçant du point C au point A.

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a) Comme le champ électrique entre les plaques est uniforme, la valeur sera la même aux points A, B et C, c'est-à-dire E_LES = ET_B = ET_Ç = Et .

Pour calculer le module de E, on appliquera la formule suivante :

V= E.d

Où V = 300 V et d = 5 mm = 0,005 m, on trouvera la valeur suivante :

b) Pour calculer les différences de potentiel des points indiqués, on appliquera la même formule que ci-dessus, en considérant les distances indiquées, soit :

Calculons maintenant la différence de potentiel entre les points B et C. Pour cela, notez que ces deux points sont à la même distance des plaques, c'est-à-dire d_{avant JC} = 0,004 - 0,004 = 0.

De cette façon, la différence de potentiel sera égale à zéro, c'est-à-dire :

V_{avant JC} = 60 000. 0 = 0

c) Pour calculer le travail, nous utiliserons la formule suivante :

Si le potentiel du point C est égal à celui du point B, alors V_ç - V_LES = V_B - V_LES = - V_{UN B} = - 180 V. En remplaçant cette valeur dans la formule, on a :

7) UECE - 2014

Considérons le champ électrique généré par deux charges électriques ponctuelles, de valeurs égales et de signes opposés, séparées par une distance d. A propos de ce vecteur de champ électrique aux points équidistants des charges, il est correct d'affirmer que

a) a la direction perpendiculaire à la ligne joignant les deux charges et la même direction en tous ces points.
b) a la même direction que la ligne qui relie les deux charges, mais varie en direction pour chaque point analysé.
c) a une direction perpendiculaire à la ligne qui relie les deux charges, mais varie en direction pour chaque point analysé.
d) a la même direction que la ligne joignant les deux charges et la même direction en tous ces points.

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Dans l'image ci-dessous sont représentées les lignes de force lorsque nous avons deux charges électriques avec des signaux opposés.

Comme le vecteur champ électrique tangente les lignes de force en chaque point, on vérifie qu'aux points à égale distance des charges, le vecteur aura la même direction que la ligne joignant les deux charges et le même sens.

Alternative: d) a la même direction que la ligne joignant les deux charges et la même direction en tous ces points.

Pour plus d'exercices, voir aussi :

• Charge électrique: exercices
• Électrostatique: Exercices
• Loi de Coulomb: Exercices
• Association de résistance - Exercices