Potentiel electrique, energie potentielle d'interaction.
Bonjour,
j'ai un gros souci car les partiels approchent et en me penchant sur de la physique je bloque sur des concepts basiques comme par exemple :
-le potentiel (en general).
-le potentiel electrique.
-l'energie potentielle d'interaction.
Est ce que vous pouriez m'expliquer ces concepts avec des mots simple (un peu comme si vous expliquiez cela a quelqu'un qui n'a presque jamais fait de physique), car cette ue c'est une option et moi je suis un parcours mathematique. Merci d'avance !
Salut,Envoyé par Abaddon
je vais essayé de te décrire comment je vois les choses:
Le point de départ, me semble t'il, c'est de t'expliquer ce que c'est que l'énergie potentielle, et ce qu'il y a de plus intuitif, c'est de parler dans un premier temps de l'énergie potentielle gravitationnelle (la correspondance avec l'energie potentielle électrostatique sera imédiat).
L'énergie mécanique totale d'un systeme physique simple est la somme de l'énergie cinétique et de l'énergie potentielle
E=Ec+U
Cette énergie se conserve si le systeme est isolé. L'énegrie cinétique Ec=1/2mv2 est l'énergie que possède un objet de part sa vitesse (par exemple, si le fait de prendre un objet en pleine poire fait d'autant plus mal que l'objet va vite, c'est parce que la quantité d'énergie que l'objet est susceptible de te céder est plus grande). L'énergie potentielle U est l'énergie que possède un objet dû à sa position. Par exemple, imaginons que nous soyons en bas d'un immeuble, juste en dessous d'une fenetre sur le rebord de laquelle est posé un objet de masse m en équilibre précaire: instinctivement, notre reflexe serait de ne pas rester sous le rebord de la fenetre, de peur que l'objet nous tombe sur la tête. Si la fenetre en question est au dernier étage, notre crainte sera d'autant plus grande. C'est uniquement parce que l'objet est de part sa position, susceptible en tombant d'acquérir de l'énergie cinétique , et de nous la céder (ce qui nous fera mal). On dit donc que l'objet possede une énergie potentielle. La force qui est susceptible de faire subir une accéleration à l'objet durant sa chute est la force gravitationnelle: c'est donc une énergie potentielle gravitationnelle. Son expression mathématique est mgh, où h est la hauteur de la position de l'objet, m sa masse et g l'accéleration (ou le champ) gravitationnel.
Arrivé à ce stade là, on peut remarqué deux choses:
-l'énergie potentielle est définit qu'à une constante près: effectivement, dans notre exemple, on a écrit que U=mgh, mais il est plus rigoureux d'écrire U2-U1=mg(h2-h1) où le point 2 représente l'altitude de l'objet lorsqu'il est au bord de la fenetre et le point 1 l'altitude du sol. Libre à nous de fixer l'origine par rapport à laquelle on fixe la hauteur (par rapport au centre de la Terre, par rapport au sol, au iveau de la mer, ou à l'infini: d'habitude, c'est la derniere qui est prise, et c'est pour cela que l'énergie potentielle est souvent négative). L'important à saisir c'est qu'on ne calcul qu'une différence d'énergie potentielle: ce qui est important, c'est la diférence de hauteur entre le sol et la fenetre, et peu importe si on se trouve à la coline ,au bord de la mer ou sur une montagne, du moins en premiere approximation, car le champ gravitationnel n'est pas rigoureusement constant sur ces différents sites)
-ce qui est le plus important, c'est que l'expression Ep=mgh est l'energie potentielle d'un objet de masse m, à la hauteur h. Maintenant, si un autre objet situé à la même hauteur possede une masse M différente, son énergie potentielle est U=Mgh: dans tout les cas, gh apparait. Quelquesoit la masse de l'objet, on a qu'à la multiplier par gh pour avoir l'énergie potentielle: on dit que gh est le potentiel gravitationnelle. On pose gh=V et on écrit
U=mV (l'énergie potentielle est la masse multiplié par le potentiel gravitationnel).
Revenons à l'electricité:
dans ce cas, l'énergie potentielle électrostatique d'un objet de charge q s'exprime comme ceci:
U=qV où V est le potentiel électrique (ici la charge électrique q remplace la masse m). Elle exprime l'énergie que possède l'objet dû à sa position: c'est à dire que si l'objet est tout d'abord dans un endroit où elle a une forte énergie potentielle, elle aura tendance à aller dans un endroit où elle aura une plus petite énergie potentielle (comme un objet se situant en l'air (=possèdant une forte énergie potentielle gravitationnelle) aura tendance à tomber par Terre (=elle aura une plus petite énergie gravitationnelle). L'image que l'on peut également se faire, même si elle est à prendre avec des pincettes, c'est d'imaginer un sol avec plein de petit creux et de petites bosses: les petits creux représentes les régions dans lequel le potentiel est bas et les bosses les régions où le potentiel est haut. Un électron aura tendance à prendre de la vitesse en allant d'une région de fort potentiel vers une région de bas potentiel comme une bille qui roulerait de creux en bosse, accélerant lorsqu'elle descend dans un creux, ralentissant lorsqu'elle monte une bosse.
Il me reste à faire deux remarques:
-Une charge électrique subit le potentiel électrique d'une région ou il se trouve, mais crée également un potentiel: le potentiel que crée une charge est V(r)=q/(4πεr) où r est la distance à la charge.
-La force électrostatique est donnée par le gradient de l'énergie potentielle:
F=-grad U
-Le champ électrique E est définit par F=qE (de la même maniere que le poid est P=mg où g est le champ gravitationnel)
-Il existe également la relation E=-grad V
Si tu n'as pas de notion du gradient, il suffit de revenir à notre exemple du sol avec des bosses et des creux: l'acceleration de la bille sur un tel parquet est d'autant plus grande que la pente du parquet est grande (la pente du parquet peut etre définit par le gradient de la hauteur du parquet), de la même maniere que la force que subira une charge dans un champ électrique sera d'autant plus grande que la variation du potentiel électrique dans l'espace sera grande.
Pourle potentiel, différence de potentiel etc, une comparaison classique est l'hydrodynamique.
Je m'explique : tu prend un tuyau plein d'eau, tu le met à l'horizontale.
Si tu exerce une pression identique à chacun des cotés, l'eau ne va pas bouger : le courant est nul. C'est bien une différence de pression qui va tendre à mettre l'eau en mouvement.
Approfondissons : au milieu du tuyau, tu a un engorgement. pour que tu ai le même débit, il va falloir que tu exerce une différence de pression plus importante.
EN bref : pression = potentiel ; différence de pression = ddp
Engorgement = résistance
Débit = intensité
Voili voilou ^^
Merci a vous deux pour vos reponses tres completes.... Je comprend mieux ! Merci beaucoup !!!
En trois mots. Une force met un corps en mouvement, cad change son énergie cinétique. L'énergie potentielle est l'énergie que peut "potentiellement" fournir la force au corps (sous forme cinétique) si on la laissait s'appliquer seule sur ce dernier.
2 choses importantes à retenir. 1, une énergie potentielle est toujours associée à une force. 2, l'énergie potentielle n'est rien d'autre que de l'énergie cinétique en devenir.
Well, life is tough and then you graduate !
