Le champ électrique (E) entre deux plaques parallèles est uniforme et calculé comme E = V/d, où V est la différence de potentiel et d est la séparation des plaques. Sa direction va de la plaque positive vers la plaque négative. L'intensité du champ est directement proportionnelle à V et inversement proportionnelle à d. Dans le vide, E est également égal à σ/ε₀, où σ est la densité de charge de surface et ε₀ est la permittivité de l'espace libre (8.854 x 10⁻¹² F/m). Cette configuration est fondamentale dans les condensateurs, déterminant la capacité et l’énergie potentielle électrique.
Découvrez comment la loi de Gauss est appliquée pour calculer le champ électrique entre deux plaques et comprenez le fonctionnement du champ électrique d'un condensateur dans cet article instructif. Plongez dans les principes de la physique et améliorez votre compréhension avec des exemples clairs et pratiques.
Le champ électrique entre deux plaques :
La champ électrique est une propriété électrique liée à toute charge dans l’espace. Ainsi, le champ électrique est toute grandeur physique qui prend différentes valeurs de force électrique en différents points d’un espace donné.
Un champ électrique est une zone ou une région où chaque point subit une force électrique.
Les champs électriques peuvent être décrits d'une manière générale comme la force électrique par unité de charge.
Pour un plan infini avec une charge uniforme par unité de surface, notée 
(sigma), le champ électrique ( E ) peut être exprimé mathématiquement comme suit :
Dans cette expression :
représente la densité de charge de surface (charge par unité de surface).
est la permittivité de l'espace libre.
se produit parce que le champ électrique est généré dans deux directions opposées à partir du plan.
représente la densité de charge de surface (charge par unité de surface).
est la permittivité de l'espace libre.
se produit parce que le champ électrique est généré dans deux directions opposées à partir du plan.Regardons le champ électrique lorsque deux plaques chargées sont impliquées.
Un champ électrique uniforme existe entre deux plaques chargées :
Selon la loi de Coulomb, le champ électrique autour d'une charge ponctuelle diminue à mesure qu'on s'en éloigne. Cependant, un champ électrique homogène peut être créé en alignant deux plaques conductrices infiniment grandes parallèles l'une à l'autre.
Si en tout point d'un espace donné, l'amplitude du vecteur champ électrique 
reste constant, alors le champ électrique est décrit comme un champ électrique uniforme. Cette condition est mathématiquement représentée par 
, Où 
désigne l'ampleur du champ électrique.
Les lignes de champ d'un champ électrique uniforme ont tendance à être parallèles les unes aux autres et l'espace entre elles est également égal.
Des lignes de champ parallèles et un champ électrique uniforme entre deux plaques parallèles fournissent la même force d'attraction et de répulsion sur la charge de test, peu importe où elle se trouve dans le champ.
Les lignes de champ sont toujours tracées des régions à fort potentiel vers les régions à faible potentiel.
La direction d'un champ électrique entre deux plaques :
Le champ électrique passe d'une plaque chargée positivement à une plaque chargée négativement.
Par exemple, supposons que la plaque supérieure est positive et que la plaque inférieure est négative, alors la direction du champ électrique est donnée comme indiqué ci-dessous.
Les charges positives et négatives ressentent la force sous l'influence du champ électrique, mais sa direction dépend de la type de charge, qu'elle soit positive ou négative. Les charges positives détectent les forces dans la direction du champ électrique, tandis que les charges négatives ressentent les forces dans la direction opposée.
Le champ électrique entre deux plaques parallèles de même charge :
Supposons que nous ayons deux plaques infinies parallèles entre elles, ayant une densité de charge positive ර. Maintenant, nous calculons ici le champ électrique net dû à ces deux plaques parallèles chargées.
Les deux champs électriques s'opposent au centre des deux plaques. En conséquence, ils s'annulent, ce qui entraîne un champ électrique net nul à l'intérieur.
Ein = 0
Les deux champs électriques pointent dans la même direction à l'extérieur des plaques, c'est-à-dire sur les côtés gauche et droit. Ainsi, sa somme vectorielle sera ?/?0.
Sortie = E1 + E2
Le champ électrique entre deux plaques parallèles de charges opposées :
Supposons que nous ayons deux plaques ayant des densités de charge +σ et -σ . La distance d sépare ces deux plaques.
Une plaque avec une densité de charge positive produit un champ électrique de 
. Et sa direction est vers l'extérieur ou à l'opposé de la plaque, tandis que la plaque à densité de charge négative a une direction opposée, c'est-à-dire vers l'intérieur.
Ainsi, lorsque nous utilisons le principe de superposition des deux côtés des plaques à l'extérieur et à l'intérieur des plaques, nous pouvons voir qu'à l'extérieur de la plaque, les deux vecteurs de champ électrique ont la même amplitude et la même direction opposée, et ainsi, les deux champs électriques s'annulent. . Donc, en dehors des plaques, il n'y aura pas de champ électrique.
Sortie=0
Comme elles se renforcent mutuellement dans la même direction, le champ électrique net entre les deux plaques est 
.
Edans = E1+ E2
C'est le fait que nous utilisons pour former un condensateur à plaques parallèles.
Le champ électrique entre deux plaques étant donné la tension :
En physique, la différence de potentiel ΔV ou le champ électrique E est utilisé pour décrire toute distribution de charge. La différence de potentiel 
est étroitement lié à l’énergie. tandis que le champ électrique E est lié à la force.
E est une quantité vectorielle, ce qui implique qu'elle a à la fois une ampleur et une direction, alors que est une variable scalaire sans direction.
Lorsqu'une tension est appliquée entre deux plaques conductrices parallèles l'une à l'autre, elle crée un champ électrique uniforme.
L'intensité du champ électrique est directement proportionnelle à la tension appliquée et inversement proportionnelle à la distance entre deux plaques.
Le champ électrique entre deux condensateurs à plaques parallèles :
Condensateur à plaques parallèles :
Un condensateur à plaques parallèles comprend deux plaques métalliques conductrices connectées en parallèle et séparées par une certaine distance. Un milieu diélectrique comble l'espace entre les deux plaques.
Le milieu diélectrique est un matériau isolant, et il peut s'agir d'air, de vide ou de certains matériaux non conducteurs comme le mica, le verre, le gel électrolytique, la laine de papier, etc. Le matériau diélectrique empêche le courant de le traverser en raison de sa propriété non conductrice.
Cependant, lorsqu'une tension est appliquée aux plaques parallèles, les atomes du milieu diélectrique vont se polariser sous l'effet du champ électrique. Le processus de polarisation formera des dipôles et ces charges positives et négatives s'accumuleront sur les plaques du condensateur à plaques parallèles. Un courant traverse le condensateur pendant que les charges s'accumulent jusqu'à ce que la différence de potentiel entre deux plaques parallèles égalise le potentiel de la source.
L'intensité du champ électrique du condensateur ne doit pas dépasser l'intensité du champ de claquage du matériau diélectrique dans les condensateurs à plaques parallèles. Si la tension de fonctionnement du condensateur dépasse sa limite, le claquage diélectrique provoque un court-circuit entre les plaques, détruisant immédiatement le condensateur.
Ainsi, pour protéger le condensateur d'une telle situation, il ne faut pas dépasser la limite de tension appliquée et choisir la gamme de condensateurs de tension.
Le champ électrique entre condensateur à plaques parallèles :
La figure suivante illustre le condensateur à plaques parallèles.
Dans ce cas, nous allons prendre deux grandes plaques conductrices parallèles l'une à l'autre et les séparer par d. L'espace est rempli avec le milieu diélectrique, comme le montre la figure. La distance d entre deux plaques est nettement inférieure à la surface de chaque plaque. On peut donc écrire d<
Ici, la densité de charge de la première plaque est 
, et la densité de charge de la deuxième plaque est 
. La plaque 1 porte une charge totale ( Q ) et la plaque 2 a une charge totale ( -Q ).
Comme observé précédemment, lorsque deux plaques parallèles avec des distributions de charges opposées sont placées l’une près de l’autre, le champ électrique dans la région externe sera nul.
Par conséquent, le champ électrique net au centre du condensateur à plaques parallèles peut être calculé comme suit :
E = E_1 + E_2
Où :
- est la densité de charge superficielle de la plaque.
est la permittivité du matériau diélectrique utilisé dans les condensateurs.
est la densité de charge superficielle de la plaque.
est la permittivité du matériau diélectrique utilisé dans les condensateurs.A partir de l'équation ci-dessus, on peut dire que le milieu diélectrique provoque une diminution de l'intensité du champ électrique, mais il est utilisé pour obtenir une capacité plus élevée et maintenir les plaques conductrices en contact.
L'amplitude du champ électrique entre deux plaques chargées :
Si deux plaques indéfiniment grandes sont prises en considération, aucune tension n'est fournie, alors l'amplitude du champ électrique selon la loi de Gauss doit être constante. Mais le champ électrique entre deux plaques, comme nous l'avons dit précédemment, dépend de la densité de charge des plaques.
Par conséquent, si deux plaques ont les mêmes densités de charges, alors le champ électrique entre elles est nul, et dans le cas de densités de charges opposées, le champ électrique entre deux plaques est donné par la valeur constante.
Lorsque les plaques chargées reçoivent une tension, l'amplitude du champ électrique est déterminée par la différence de potentiel entre elles. Une différence de potentiel plus élevée crée un champ électrique fort, tandis qu'une distance plus élevée entre les plaques conduit vers le champ électrique faible.
Ainsi, la distance entre les plaques et la différence de potentiel sont les facteurs essentiels pour l'intensité du champ électrique.
Foire aux Questions
Pourquoi le champ électrique entre des plaques parallèles est-il uniforme ?
Le champ électrique entre plaques parallèles est uniforme car les plaques sont infinies et les charges sont uniformément réparties sur les plaques. Cela se traduit par un champ électrique constant qui est dirigé de la plaque chargée positivement vers la plaque chargée négativement. Le lignes de champ sont droites et parallèles, indiquant un champ uniforme.
Quel est le champ électrique entre deux plaques parallèles ?
Le champ électrique (E) entre deux plaques parallèles est donné par la formeUlan E = V/j, où V est la différence de potentiel (tension) entre les plaques et d est la distance entre les plaques. Ce champ est dirigé de la plaque positive vers la plaque négative.
Comment la distribution de charge affecte-t-elle le champ électrique entre deux plaques ?
La charge la distribution sur les plaques affecte le champ électrique entre elles. Si les charges sont uniformément réparties, le champ est uniforme et constant. Cependant, si les charges ne sont pas uniformément réparties, le champ variera d'un l'espace entre les plaques.
Comment un matériau diélectrique influence-t-il le champ électrique entre deux plaques d'un condensateur ?
Lorsqu'un matériau diélectrique est introduit entre les armatures d'un condensateur, il réduit le champ électrique entre les armatures. Ceci est dû au fait le diélectrique le matériau se polarise en réponse au champ, créant un terrain opposé qui réduit l'intensité globale du champ.
Comment calculer le champ électrique entre deux plaques ?
Le champ électrique (E) entre deux plaques peut être calculé en utilisant la formeUlan E = V/j, où V est la différence de potentiel (tension) entre les plaques et d est la distance entre les plaques.
Quelle est la relation entre le champ électrique et la tension dans un condensateur à plaques parallèles ?
Dans un condensateur à plaques parallèles, le champ électrique (E) est directement proportionnel à la tension (V) et inversement proportionnel à la distance (d) entre les plaques. Cette relation est donnée par la formeUlan E = V/j.
Comment la séparation des plaques affecte-t-elle le champ électrique dans un condensateur à plaques parallèles ?
Le champ électrique dans un condensateur à plaques parallèles est inversement proportionnel à la séparation des plaques. Lorsque la distance (d) entre les plaques augmente, le champ électrique (E) diminue, et vice versa.
Quel est le rôle de la loi de Gauss dans la détermination du champ électrique entre deux plaques ?
La loi de Gauss peut être utilisée pour déterminer le champ électrique entre deux plaques en considérant une surface gaussienne entre les plaques. Selon la loi de Gauss, le flux électrique traversant cette superficie est égal à la charge qu'il contient divisée par la permittivité de l'espace libre.
Comment la présence d'un matériau diélectrique affecte-t-elle la capacité d'un condensateur à plaques parallèles ?
La présence d'un matériau diélectrique augmente la capacité d'un condensateur à plaques parallèles. Ceci est dû au fait le diélectrique réduit le champ électrique entre les plaques, permettant plus de frais être stocké pour une tension donnée.
Quelle est la relation entre le champ électrique et la charge sur une plaque de condensateur ?
Le champ électrique (E) entre les plaques d'un condensateur est directement proportionnel à la charge (Q) sur les plaques et inversement proportionnel à la permittivité du milieu (ε) entre les plaques. Cette relation est donnée par la formeUlan E = Q/(UNE*ε), où A est l'aire d'une des plaques.
Q. En quoi le champ électrique entre des plaques parallèles est-il différent du champ électrique autour d'une sphère chargée ?
Rép. Les champs électriques entre des plaques parallèles et autour d'une sphère chargée ne sont pas les mêmes. Voyons comment ils varient.
Le champ électrique entre des plaques parallèles dépend de la densité de charge des plaques. Si elles sont chargées de manière opposée, alors le champ entre les plaques est /ε0, et si elles ont des charges, alors le champ entre elles sera nul.
En dehors de la sphère chargée, le champ électrique est donné par alors que le champ à l'intérieur de la sphère est nul. Dans ce cas, r représente la distance entre un point et le centre.
Q. Qu'adviendra-t-il du champ électrique et de la tension si la distance entre les plaques du condensateur est doublée ?
Rép. E=ර/ε0 détermine le champ électrique entre condensateurs à plaques parallèles selon la loi de Gauss.
Selon la loi de Gauss, le champ électrique reste constant puisqu'il est indépendant de la distance entre deux plaques de condensateur. Si nous parlons de la différence de potentiel, elle est directement proportionnelle à la distance entre deux plaques d'un condensateur et est donnée par
Ainsi, si la distance est doublée, alors la différence de potentiel augmente également.
Q. Comment calculer le champ électrique dans un condensateur à plaques parallèles ?
Rép. Dans les condensateurs à plaques parallèles, les deux plaques sont chargées de manière opposée. Ainsi, le champ électrique à l'extérieur des plaques sera annulé.
Les deux plaques sont chargées de manière opposée et, par conséquent, le champ entre les plaques se soutiendra. De plus, entre deux plaques, un milieu diélectrique est présent, donc la permittivité du diélectrique sera également un facteur essentiel.
La loi de Gauss et le concept de superposition sont utilisés pour calculer le champ électrique entre deux plaques.
E = E1 + E2
=
=
Où est la densité de charge de surface
est la permittivité du matériau diélectrique.
Q. Pourquoi le champ électrique entre les plaques des condensateurs diminue-t-il lors de l'introduction d'une plaque diélectrique ? Expliquez à l'aide d'un schéma.
Rép. Lorsqu'un matériau diélectrique est placé entre des plaques parallèles du condensateur sous un champ électrique externe, les atomes du matériau diélectrique se polarisent.
L'accumulation de charge sur les plaques de condensateur est causée par une charge induite dans le matériau diélectrique. Comme le montre la figure ci-dessous, cette accumulation de charges provoque un champ électrique entre deux plaques qui résistent au champ électrique externe.
La figure ci-dessus montre la dalle diélectrique entre deux plaques de condensateur puisque la dalle diélectrique induit le champ électrique opposé ; par conséquent, le champ électrique net entre les plaques du condensateur est diminué.
Q. Deux plaques métalliques identiques reçoivent respectivement une charge positive Q1 et Q2. S'ils sont réunis pour former le condensateur à plaques parallèles de capacité C, la différence de potentiel entre eux est de ……..
Rép. La capacité d'un condensateur à plaques parallèles, composé de deux plaques métalliques identiques, est calculée comme suit :
Où C est la capacité du condensateur à plaques parallèles
A est l'aire de chaque plaque
d est la distance entre des plaques parallèles
Disons que la densité de charge de surface est
Maintenant, le champ électrique net peut être donné par,
La différence de potentiel est représentée par,
Ainsi, en substituant les valeurs ci-dessus dans cette équation, nous obtenons une différence de potentiel
Q. Que se passe-t-il lorsqu'un matériau diélectrique est introduit entre les plaques parallèles du condensateur ?
Rép. Le champ électrique, la tension et la capacité changent lorsque nous introduisons un matériau diélectrique entre les plaques parallèles du condensateur.
Le champ électrique chute lorsqu'un matériau diélectrique est introduit entre les plaques parallèles d'un condensateur en raison de l'accumulation de charges sur les plaques parallèles, ce qui génère un champ électrique dans le sens opposé du champ externe.
Le champ électrique est donné par
Le champ électrique et la tension sont proportionnels l'un à l'autre ; ainsi, la tension diminue également.
La capacité du condensateur, par contre, augmente car elle est proportionnelle à la permittivité du matériau diélectrique.
Q. Existe-t-il un champ magnétique entre les plaques d'un condensateur ?
Rép. Les champs magnétiques n'existent entre deux plaques que lorsque le champ électrique entre deux plaques change.
Ainsi, lorsqu'un condensateur se charge ou se décharge, le champ électrique entre deux plaques change et ce n'est qu'à ce moment-là qu'un champ magnétique existe.
Q. Que se passe-t-il lorsqu'un champ électrique élevé est stocké dans une très petite région de l'espace ? Y a-t-il une limite de capacité ?
Rép. Les condensateurs sont des appareils électriques qui utilisent un champ électrique soutenu pour stocker des charges électriques sous forme de énergie électrique. Entre les plaques du condensateur se trouve le matériau diélectrique.
Si le champ électrique externe appliqué dépasse l'intensité du champ de claquage du matériau diélectrique, alors le matériau diélectrique isolant devient conducteur. Le claquage électrique conduit vers l'étincelle entre deux plaques, ce qui détruit le condensateur.
Chaque condensateur a une capacité différente en fonction du matériau diélectrique utilisé, de la surface des plaques et de la distance entre elles.
La tolérance du condensateur se trouve n'importe où entre et sa valeur annoncée.
Q. Quelles sont les applications de la loi de Gauss ?
Rép. La loi de Gauss a diverses applications.
Dans certains cas, le calcul des champs électriques implique une intégration difficile, et cela devient assez complexe. Nous utilisons la loi de Gauss pour simplifier l'évaluation des champs électriques sans impliquer une intégration complexe.
- Le champ électrique à distance r dans le cas d'un fil infiniment long est E= ?/2?ε0
Où le ? est la densité de charge linéaire du fil.
- L'intensité du champ électrique de la feuille plane presque infinie est E=ර/2ε0
- L'intensité du champ électrique dans la zone extérieure de la coque sphérique est
et E=0 dans la coque. - L'intensité du champ électrique entre deux plaques parallèles E=ර/ε0, lorsque le milieu diélectrique est là entre deux plaques alors E=ර/ε.
et E=0 dans la coque.Q. La formule d'une capacité à plaques parallèles est :
Rép. En maintenant le champ électrique, les condensateurs sont utilisés pour stocker des charges électriques dans l'énergie électrique.
Lorsque les plaques sont séparées par l'air ou l'espace, la formule d'un condensateur à plaques parallèles est :
, Où C est la capacité du condensateur.
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