7 : Potentiel électrique
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Dans ce chapitre, nous examinons la relation entre la tension et l'énergie électrique et commençons à explorer certaines des nombreuses applications de l'électricité.
- 7.1 : Prélude au potentiel électrique
- Deux termes couramment utilisés pour décrire l'électricité sont son énergie et sa tension, dont nous montrons dans ce chapitre qu'ils sont directement liés à l'énergie potentielle d'un système. Nous savons, par exemple, que de grandes quantités d'énergie électrique peuvent être stockées dans des batteries, sont transmises d'un pays à l'autre par le biais de lignes électriques et peuvent sauter des nuages pour faire exploser la sève des arbres. De la même manière, au niveau moléculaire, les ions traversent les membranes cellulaires et transfèrent des informations.
- 7.2 : Énergie potentielle électrique
- Lorsqu'une charge positive libre q est accélérée par un champ électrique, elle reçoit de l'énergie cinétique (Figure). Le processus est analogue à celui d'un objet accéléré par un champ gravitationnel, comme si la charge descendait une colline électrique où son énergie potentielle électrique est convertie en énergie cinétique, bien que les sources des forces soient bien entendu très différentes.
- 7.3 : Potentiel électrique et différence de potentiel
- Le potentiel électrique est l'énergie potentielle par unité de charge. La différence de potentiel entre les points A et B, VB-VA, c'est-à-dire la variation de potentiel d'une charge q déplacée de A vers B, est égale à la variation de l'énergie potentielle divisée par la charge. La différence de potentiel est communément appelée tension, représentée par le symbole ΔV.
- 7.4 : Calculs du potentiel électrique
- Les charges ponctuelles, telles que les électrons, font partie des éléments constitutifs fondamentaux de la matière. De plus, les distributions de charge sphériques (telles que la charge sur une sphère métallique) créent des champs électriques externes exactement comme une charge ponctuelle. Le potentiel électrique dû à une charge ponctuelle est donc un cas que nous devons examiner.
- 7.5 : Déterminer le champ à partir du potentiel
- Dans certains systèmes, nous pouvons calculer le potentiel en intégrant le champ électrique. Comme vous vous en doutez peut-être déjà, cela signifie que nous pouvons calculer le champ électrique en prenant des dérivées du potentiel, bien que le passage d'une quantité scalaire à une quantité vectorielle introduise des rides intéressantes. Nous avons souvent besoin de E pour calculer la force dans un système ; comme il est souvent plus simple de calculer directement le potentiel, il existe des systèmes dans lesquels il est utile de calculer V puis de déduire E.
- 7.6 : Surfaces et conducteurs équipotentiels
- Nous pouvons représenter les potentiels électriques de manière picturale, tout comme nous avons dessiné des images pour illustrer les champs électriques. Cela n'est pas surprenant, car les deux concepts sont liés. Nous utilisons des flèches pour représenter l'amplitude et la direction du champ électrique, et nous utilisons des lignes vertes pour représenter les endroits où le potentiel électrique est constant. On les appelle des surfaces équipotentielles en trois dimensions ou des lignes équipotentielles en deux dimensions.
- 7.7 : Applications de l'électrostatique
- L'étude de l'électrostatique s'est révélée utile dans de nombreux domaines. Ce module ne couvre que quelques-unes des nombreuses applications de l'électrostatique.