Cuestionario: Étude des Champs Électriques et Déviations Ionique — 10 preguntas

1. Quelle est la condition pour que le champ électrique soit uniquement vertical en un point donné ?

A. La composante horizontale du champ total doit être nulle.

B. La composante verticale du champ total doit être nulle.

C. Le champ électrique doit être nul.

D. Le champ électrique doit être maximal.

Answer: (B)

Explicación

Pour que le champ électrique soit uniquement vertical, la composante horizontale du champ total doit être nulle. Cela implique que la somme des composantes horizontales des champs individuels doit s'annuler, c'est-à-dire que $E_{tot,x} = 0$.

2. Quelle est la relation mathématique pour le champ électrique créé par une charge ponctuelle Q à une distance r ?

A. E = k Q / r²

B. E = 2k λ / r

C. E = σ / ε₀

D. E = q / (4πε₀r²)

Answer: (A)

Explicación

Le champ électrique d'une charge ponctuelle Q est donné par E = k Q / r², où k est la constante de Coulomb. Les autres formules concernent respectivement un fil infini, un champ entre plaques, et un cas spécifique de Coulomb.

3. Comment calcule-t-on la charge d'une plaque en fonction de la densité de charge surfacique $\sigma$ et de ses dimensions ?

A. Q = rac{\sigma}{ ext{perimeter}}

B. Q = rac{ ext{surface}}{\sigma}

C. Q = \sigma imes L imes h

D. Q = rac{\sigma}{L h}

Answer: (C)

Explicación

La charge d'une plaque est donnée par le produit de la densité de charge surfacique $\sigma$ par sa surface. Si la plaque a une longueur $L$ et une hauteur $h$, alors sa surface est $L imes h$, et la charge est $Q = \sigma imes L imes h$.

4. Comment la sphère chargée se comporte-t-elle à l’extérieur par rapport à une charge ponctuelle ?

A. Elle produit un champ différent, non radial.

B. Son champ à l’extérieur est identique à celui d’une charge ponctuelle de même Q.

C. Elle ne produit pas de champ à l’extérieur.

D. Son champ dépend de la densité de charge à la surface.

Answer: (B)

Explicación

Une sphère chargée à l’extérieur se comporte comme une charge ponctuelle de même Q en ce qui concerne son champ à distance, conformément au principe d’isotropie et à la loi de Coulomb.

5. Quelle est la formule du champ électrique créé par un fil infini de ligne de charge $\lambda$ à une distance $r$ ?

A. $rac{k imes \lambda}{r^2}$

B. $rac{2k imes \lambda}{r^2}$

C. $rac{k imes \lambda}{r}$

D. $rac{2k imes \lambda}{r}$

Answer: (D)

Explicación

Le champ électrique d’un fil infini de ligne de charge $\lambda$ à une distance $r$ est donné par $rac{2k imes \lambda}{r} \vec{u}_r$, où $\vec{u}_r$ est le vecteur unitaire radial. La dépendance est inverse en $r$, pas en $r^2$.

6. Quelle est l’expression du champ électrique créé par un fil infini de ligne de charge λ à une distance r ?

A. E = 2k λ / r

B. E = k Q / r²

C. E = σ / ε₀

D. E = λ / (2πε₀ r)

Answer: (A)

Explicación

Le champ d’un fil infini de ligne de charge λ est donné par E = 2k λ / r, ce qui reflète un champ radial décroissant en 1/r, différent du champ d’une charge ponctuelle.

7. Quelle condition doit être remplie pour que le mouvement d’un ion sous champ électrique soit uniquement vertical ?

A. Que le champ électrique total soit nul.

B. Que la composante horizontale du champ électrique total soit nulle, soit E_{tot,x} = 0.

C. Que la vitesse initiale soit nulle.

D. Que la charge de l’ion soit nulle.

Answer: (B)

Explicación

Pour un mouvement uniquement vertical, la composante horizontale du champ électrique total doit être nulle, c’est-à-dire E_{tot,x} = 0, afin d’éviter toute déviation latérale.

8. Comment calcule-t-on la vitesse finale d’un ion de charge q et masse m parcourant une distance d sous un champ électrique E₀ ?

A. v = sqrt(2 q E₀ d / m)

B. v = q E₀ d / m

C. v = sqrt(q E₀ d / 2m)

D. v = (q E₀ d) / m

Answer: (A)

Explicación

La vitesse finale s’obtient en utilisant l’énergie électrique acquise sur la distance d, ce qui donne v = sqrt(2 q E₀ d / m), en appliquant la formule du mouvement rectiligne uniformément accéléré.

9. Quelle est la formule permettant de calculer la charge Q de plaques chargées en fonction du champ électrique E₀, la distance d, la hauteur h, et la permittivité ε₀ ?

A. Q = 2 E₀ d h ε₀

B. Q = σ L h

C. Q = E₀ / (ε₀ d h)

D. Q = σ / ε₀

Answer: (A)

Explicación

La charge Q sur des plaques chargées est donnée par Q = 2 E₀ d h ε₀, en lien avec le champ électrique entre plaques infinies et la densité surfacique.

10. Pourquoi la déviation d’un ion par un champ électrique implique-t-elle de calculer un champ E₁ spécifique ?

A. Pour faire tourner la vitesse de 180°.

B. Pour faire tourner la vitesse de 90°, permettant une déviation contrôlée.

C. Pour arrêter complètement l’ion.

D. Pour augmenter la vitesse de l’ion au maximum.

Answer: (B)

Explicación

Calculer le champ E₁ spécifique permet d’orienter la trajectoire de l’ion de façon à réaliser une déviation angulaire de 90°, ce qui est essentiel pour contrôler et analyser le mouvement ionique.