Champs et forces - Physique Chimie - Première S

Champs et forces - Physique Chimie - Première S

digiSchool Bac S met à votre disposition ce cours gratuit de Physique-Chimie niveau Première S intitulé "Champs et forces". ce chapitre fait le lien avec le programme de Première S sur la force gravitationnelle et sur la notion de la force poids vue en mécanique en classe de Seconde.

Vous aborderez dans un premier temps les différentes notions de champs. Puis dans un deuxième temps, vous étudierez chaque champ dans son contexte de vecteur, de lignes de temps et de ses applications.

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Champs et forces - Physique Chimie - Première S

Le contenu du document

 

I. METHODE 1 : RECUEILLIR ET EXPLOITER DES INFORMATIONS

En Physique, un champ est la représentation d’un ensemble de valeurs prises par une grandeur physique en différents points d’une région de l’espace.

Les champs sont classés en deux catégories :

 

  • Les champs scalaires
  • Les champs vectoriels

 

 

II. METHODE 2 : CONNAITRE LES CARACTÉRISTIQUES DES LIGNES DE CHAMP VECTORIEL ET D’UN CHAMP UNIFORME

 

  • Un champ est dit vectoriel quand la grandeur étudiée est un vecteur.
  • On appelle ligne de champ vectoriel à un instant donné, une ligne tangente en chacun de ses points au vecteur champ. Les lignes de champ sont orientées dans le sens du champ.
  • Un champ est dit uniforme si la grandeur associée possède les mêmes caractéristiques en tout point de l’espace : deux vecteurs sont identiques s’ils ont la même direction, le mêmes sens et la même norme et deux grandeurs scalaires sont identiques si elles possèdent la même valeur et la même unité.

 

 

III. METHODE 3 : CONNAITRE LES CARACTÉRISTIQUES D’UN CHAMP MAGNÉTIQUE TERRESTRE ET PRATIQUER UNE DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE POUR CARTOGRAPHIER UN CHAMP MAGNÉTIQUE (TP)

1. Le vecteur champ magnétique 

Le champ magnétique possède une direction et un sens, par conséquent c’est un champ vectoriel. On le note B, il se mesure à l’aide d’un teslamètre et s’exprime en Tesla (T).

2. Les lignes de champ magnétique 

Une ligne de champ magnétique est une courbe qui est tangente aux vecteurs champs magnétiques en chacun de ses points. Cette ligne de champ se dirige du pôle Nord vers le pôle Sud de l’aimant. 

3. Le champ magnétique terrestre 

En première approximation, le champ magnétique terrestre est analogue à celui d’un aimant droit situé au centre de la Terre. Ce champ magnétique terrestre est essentiellement du aux mouvements de la matière dans le noyau terrestre.

 

 

IV. METHODE 4 : CONNAITRE LES CARACTÉRISTIQUES D’UN CHAMP ÉLECTROSTATIQUE DANS UN CONDENSATEUR PLAN ET PRATIQUER UNE DÉMARCHE EXPÉRIMENTALE POUR CARTOGRAPHIER UN CHAMP ÉLECTROSTATIQUE (TP)

1. Le vecteur champ électrostatique 

Le champ électrostatique peut être mis en évidence à l’aide d’une charge électrique. En effet, cette dernière modifie son environnement en créant un champ électrostatique, noté E. Ce vecteur champ électrostatique est un champ vectoriel

2. Les lignes de champ électrostatique 

Les lignes de champ électrostatiques sont orientées selon la charge à l’origine du champ électrostatique :

 

  • Si la charge est positive, les lignes de champ électrostatique partent de celle-ci
  • Si la charge est négative, les lignes de champ électrostatique se dirigent vers celle-ci

 

3. Le condensateur plan 

Un condensateur plan est formé de deux plaques métalliques (ou armatures), parallèles et séparées par un isolant. Quand on applique une tension UAB entre les plaques, un champ électrostatique uniforme apparaît dans le condensateur.

 

V. METHODE 5 : CONNAITRE LES CARACTÉRISTIQUES D’UN CHAMP DE PESANTEUR LOCAL ET IDENTIFIER LE CHAMP DE PESANTEUR AU CHAMP DE GRAVITATION, EN PREMIÈRE APPROXIMATION

1. Le vecteur champ de pesanteur 

Au voisinage de la Terre, un objet de mase m est soumis à la force poids P. 

En chaque point de l’espace, à proximité de la Terre, le champ de pesanteur g et le poids P d’un objet de masse m, sont liés par :  g = p / m

2. Le vecteur champ de gravitation

Le champ de gravitation est un champ vectoriel. Lorsque le champ de gravitation est créé par un corps B, de masse mB, la loi de l’attraction gravitationnelle permet de déterminer les caractéristiques en un point B situé à la distance d d’un point A, de masse mA 

3. Comparaison des deux champs

On peut penser que le champ de pesanteur et le champ de gravitation sont identiques. Ce n’est vrai qu’en première approximation si on néglige l’effet de rotation de la Terre autour des axes des pôles. 

 

VI. METHODE 6 : COMPRENDRE COMMENT LA NOTION DE CHAMP A ÉMERGÉ HISTORIQUEMENT D’OBSERVATIONS EXPÉRIMENTALES

Vous pourrez trouver dans différents livres des textes historiques vous expliquant par exemple comment les Sciences, faites d’observations, de questionnements et de réponses ont évolué et se sont enrichis dans le temps pour notamment faire émerger la notion de champ.

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