Lignes de champ et cartographie d'un champ vectoriel

Première générale Spé · Physique-Chimie Spé 1ère

À retenir

• Ligne de champ : tangente en chaque point au vecteur champ, orientée dans son sens. • Lignes resserrées : champ intense ; lignes espacées : champ faible ; deux lignes ne se croisent jamais. • Champ uniforme : lignes parallèles et équidistantes ; charge ponctuelle ou astre : lignes radiales.

Le cours

Lignes de champ et cartographie d'un champ vectoriel Une ligne de champ est une courbe tangente en chacun de ses points au vecteur champ, et orientée dans le sens de ce vecteur. L'ensemble des lignes de champ forme la carte (ou spectre) du champ. • Deux lignes de champ ne se croisent jamais : en un point, le champ n'a qu'une seule direction. • Le champ est plus intense là où les lignes sont resserrées, plus faible là où elles s'écartent. • Une ligne de champ ne renseigne pas directement sur la valeur du champ : c'est leur densité qui le fait. Cartes à connaître • Charge ponctuelle positive : lignes radiales, orientées vers l'extérieur ; charge négative : lignes radiales orientées vers la charge. • Champ de gravitation d'un astre : lignes radiales orientées vers son centre (comme une charge négative). • Champ uniforme (condensateur plan, pesanteur locale) : droites parallèles, équidistantes, de même orientation. • Deux charges de signes opposés : lignes qui partent de la charge positive et aboutissent à la charge négative. Expérimentalement, des grains de semoule dans de l'huile s'alignent selon les lignes du champ électrostatique. Astuce et méthode clé Pour lire une carte : la tangente donne la direction, la flèche donne le sens, l'écartement des lignes donne la valeur relative. Les lignes « sortent » des charges positives et « entrent » dans les charges négatives. Piège classique à éviter Croire que deux lignes de champ peuvent se croiser : au point de croisement, le champ aurait deux directions. Là où des lignes semblent se rejoindre, le champ est en fait nul (point neutre) ou c'est une charge.

Dans ce chapitre

• Modèle du point matériel et système mécanique de Seconde
• Modélisation des forces, vecteur force et unité Newton de Seconde
• Loi de gravitation universelle de Newton de Seconde
• Loi de Coulomb pour l'interaction électrostatique
• Comparaison entre interaction électrostatique et gravitationnelle
• Champs scalaires et champs vectoriels dans l'espace
• Champ gravitationnel créé par une masse ponctuelle
• Champ de pesanteur terrestre uniforme localement
• Champ électrostatique créé par une charge ponctuelle
• Champ électrostatique uniforme entre deux armatures parallèles
• Lignes de champ et cartographie d'un champ vectoriel
• Mouvement d'une particule chargée dans un champ électrostatique uniforme
• Principe de fonctionnement d'un oscilloscope ou spectromètre
• Bilan : Synthèse et méthode sur Interactions fondamentales et champs