Electrostatique/Magnétisme

[Mcflys]

Bonsoir,

Je dois faire un exercice et je voudrais savoir votre avis sur ce que je pense.

A 20 m de hauteur, une ligne THT (400 000V) est suspendue. On pose 0 V pour le sol.
1) Quel est le champ électrique entre la ligne THT et le sol ?
2) Peut on alors créer un arc électrique ?
3) Comment se protéger si l'on veut se rapprocher de la ligne THT ?

Voici ce que je pensais :
1) J'applique cette formule :













N'est ce pas bizarre d'avoir un résultat négatif ?

2)Non pas du tout car le champ de claquage de l'air est de 30 000V/ cm

3) Je suppose en ne possédant pas d'objet susceptible de conduire, une sorte de combinaison isolante.

Deuxième partie,

1) Donner l'intensité du champ magnétique crée au centre d'une spire de rayon R, parcourue par un courant I.
2) Dans un champ magnétique uniforme et constant, quelle force subit une particule chargée ?
3) Quelle va être le mouvement de cette particule ?

1) Je sais que le champ est :


Suffit il alors d'isoler I ?

2) Force de Laplace ?
3) Intuitivement, je dirais qu'elle va s'orienter dans le même sens que le champ magnétique.

Merci d'avance pour vos explications
-----

[narakphysics]

bonjour,
pour la 1ére question:Je crois qu'il faut inverser les bornes de l'intégrale!
2-Essayer de Convertir le résultat en V/cm! puis le comparer avec celui de claquage de l'air.
A+

[Mcflys]

Bonjour,

Merci de votre réponse.

1) Oui, je me suis trompé pour les bornes de l'intervalle quand j'ai recopié avec Latex, la borne supérieur est bien la hauteur de la ligne.
La suite des calculs reste toutefois juste et je ne comprend pas pourquoi ce résultat est négatif.

2) E=-200 V/cm
Ce résultat est bien inférieur au claquage de l'air, donc pas d'arc électrique, n'est ce pas ?

Merci

[LPFR]

Bonjour.
Le champ entre la ligne et la terre n'est pas du tout constant. Il faut résoudre le problème d'électrostatique d'un fil chargé (droit infini, pour simplifier). Le champ électrique dépend du diamètre du fil et est en 1/r.
Le champ est très grand près de la ligne et très petit loin d'elle.

Et ce champ près du conducteur est tellement grand qu'il crée des arcs autour de lui pour ioniser l'air dans la zone proche du fil (dans la zone où le champ est plus grand que le champ de claquage dans l'air). Comme la polarité s'inverse 50 fois pas seconde, il faut changer l'air de polarité aussi 50 fois par seconde. Ces arcs sont audibles et créent le grésillement caractéristique que l'on entend près des lignes.
Au revoir.

[A voir en vidéo sur Futura]

[phys4]

Comme le souligne LPFR l'exercice est trop simpliste, mais comme le rayon du fil n'est pas donné, le prof veut que l'on considère un champ contant. C'est débile tant pis.
Pour se protéger il faut mieux ne pas être isolé, mais au contraire entouré d'une nacelle métallique, afin que le champ et les claquages éventuels se referment sur la nacelle. La nacelle peut être isolée si l'on veut travailler au niveau des fils, cela s'appelle travail au potentiel, tout le technicien et son équipement sont au potentiel du fil. Cela se fait couramment pour des tensions plus basses. A ce niveau là (400 000 volts) c'est impressionnant.

Pour le second exercice, il n'y aucune force sur une charge immobile. Si la charge se déplace elle aura un mouvement en hélice, je vous laisse trouver l'axe de l'hélice et la période. La période dépend du champ et du rapport charge/masse de l'objet.

[calculair]

Bonjour,

Je crois que si le principe du calcul est correct, il y a lieu de tenir compte qu'il y a 3 fils avec des tensions dephasées de 120 °. A une certaine distance de la nappe des 3 fils, le champ total est plus faible.

La distance entre les fils et la hauteur de la ligne doivent être calculées pour la tension disruptive de l'air par temps humide dans le brouillard ou sous orage ne doit pas être atteinte. Je ne connais pas ces valeurs ni les marges prises dans le calcul des lignes. La dimension des isolateurs doivent donnerune première idéee

[calculair]

Bonjour,

J'avais pas compris que l'on voulait se retrouver sur le fil au même potentiel.

Dans ces conditions en première approximation on ne risque rien on est au même potentiel que le fil et on peut prendre ce potentiel comme reference pour l' électricien.

Mais si la ligne transporte un courant alternatif, l'electricien va monter et descendre en potentiel à 50 fois par seconde en Europe ( 60 fois en amerique ) Alors tu peux considerer l'electricien comme un condensateur. Pour faire une evaluation rapide tu considères l'electricien comme une sphère de 1m de diamètre sa capacite est de memoire

C = R/(4 x 3,14 e°) ou R = 1m

Le courant qui travrerse l'electricien est I = C w 400 000. Ce courant ne doit pas depasser 50 mA pour eviter de mettre l'electricien endanger de mort, et pour qu'il ne soit pas gené il faut une valeur bien inferieure, mais je ne sais la fixer

[phys4]

Dans ces conditions en première approximation on ne risque rien on est au même potentiel que le fil et on peut prendre ce potentiel comme reference pour l' électricien.

Mais si la ligne transporte un courant alternatif, l'electricien va monter et descendre en potentiel à 50 fois par seconde en Europe ( 60 fois en amerique ) Alors tu peux considerer l'electricien comme un condensateur. Pour faire une evaluation rapide tu considères l'electricien comme une sphère de 1m de diamètre sa capacite est de memoire

C = R/(4 x 3,14 e°) ou R = 1m

Le courant qui travrerse l'electricien est I = C w 400 000. Ce courant ne doit pas depasser 50 mA pour eviter de mettre l'electricien endanger de mort, et pour qu'il ne soit pas gené il faut une valeur bien inferieure, mais je ne sais la fixer

Je ne sais pas si l'exercice prévoyait d'aller jusque là, pour ne pas gêner un électricien il faut que le courant reste très inférieur à 1 mA, bien que ce courant ne soit pas dangereux, il est sensible. En réalité il faut réaliser une sorte de cage de Faraday autour de l'opérateur pour pouvoir travailler en sécurité.

[LPFR]

Re.
J'ai oublié de dire que l'histoire des arcs près du fil s'appelle "effet corona".

@Calculair: Vous avez fait une faute de frappe: la capacité est 4pi.epsz.R.
Ça donne quelques 100 pF pour une personne.


"S'approcher" de la ligne peut vouloir dire "passer sous la ligne" et non aller la toucher. Je dis ça, à cause de la photo avec des tubes fluorescents allumés.

Pour la deuxième partie, ça n'a pas de sens de balancer la première formule trouvée.
Il n'y a pas de alpha dans cette question.

Comme il a été dit plus haut, si la particule est immobile elle de subira aucune force.
Si elle est en mouvement, elle décrit une courbe qui pourrait être (mais elle ne l'est pas) un cercle ou une hélice si le champ était uniforme. Mais ce n'est pas le cas. Si le mouvement de la particule est le long de l'axe de symétrie de la spire, la particule ne suit pas de force.

J'ai des doutes sérieux sur les connaissances de la personne qui a écrit l'énoncé.
A+

[Mcflys]

Bonjour,

Merci à vous tous pour vos explications.

Partie 1

1) Donc, si je comprend bien, si on fait l'approximation d'un champ constant, il n'y a pas d'arc (-200<30 000).
Si on considère un champ variable (ce qui est en réalité le cas), il y a un arc ?

Si l'on considère le cas d'un fil infini,
je sais que

Mais je n'ai pas de valeur de ce lambda. La question suivante parle de protection, cela suppose qu'il y aurait forcement un arc.
Il y a t-il un moyen de trouver une valeur numérique ?

3)

Pour se protéger il faut mieux ne pas être isolé, mais au contraire entouré d'une nacelle métallique, afin que le champ et les claquages éventuels se referment sur la nacelle. La nacelle peut être isolée si l'on veut travailler au niveau des fils, cela s'appelle travail au potentiel, tout le technicien et son équipement sont au potentiel du fil. Cela se fait couramment pour des tensions plus basses

Un isolant, logiquement, empêcherait tout risque.
Si on est entouré d'une nacelle conductrice, le claquage va être attiré vers nous, non ?

S'approcher" de la ligne peut vouloir dire "passer sous la ligne" et non aller la toucher. Je dis ça, à cause de la photo avec des tubes fluorescents allumés.

Oui, oui, cela veut dire d'être à quelque centimètre de la ligne mais sans la toucher.

Deuxième partie :

1)

Pour la deuxième partie, ça n'a pas de sens de balancer la première formule trouvée.

C'est un résultat que l'on a démontré en cours, donc je pensais le réutiliser.
Aviez vous un autre moyen d'y parvenir à exprimer cette intensité ?


2)

un cercle ou une hélice si le champ était uniforme. Mais ce n'est pas le cas. Si le mouvement de la particule est le long de l'axe de symétrie de la spire, la particule ne suit pas de force.

Si, c'est le cas puisque l'on considère un champ uniforme (hypothèse de départ).
Pourquoi ne peut ton pas dire qu'elle est soumise à la force de Laplace (il y a bien un courant et un champ magnétique) ?

Pour la troisième question, j'ai oublié de compléter la question, pardon, :

Quelle va être le mouvement de cette particule par rapport au champ magnétique ?

C'est pour cela que je pensais qu'elle s'orientait selon le sens du champ.

Merci encore

[invite21348749873]

bonjour Phys4
Theoriquement, le champ electrique sera nul dans la cage de Faraday.
Mais cette derniere est reliée au sol par l'intermédiaire du systeme qui la supporte.
A mon avis, il va y avoir arc entre la cage et la ligne et peut etre destruction de la cage.

[LPFR]

Re.
Il faut utiliser une nacelle isolée de terre mais que l'on connecte à la ligne (avec une pince crocodile) en s'approchant. Le ouvriers sont habillées avec un vêtement conducteur (avec des fils en argent), lui même branché à la nacelle.

La force sur un courant est la force de Laplace, celle sur une charge en mouvement est la force de Lorentz. La force de Laplace est une conséquence des forces de Lorentz sur les électrons du conducteur.

Dans un champ magnétique uniforme le mouvement les charges est hélicoïdal. Avec l'axe de l'hélicoïde parallèle au
Les cas extrêmes de l'hélicoïde sont une droite parallèle au champ, et un cercle perpendiculaire au champ.champ.
A+

[calculair]

Bonjour,

Si tu veux evaluer la densit" de charge lineique sur le fil, tu appelles Monsieur Gauss

Le champ E(r) à la distance R est E(r) 2 pi R dl = Q / ( 4 pi e°), avec la charge Q = 2 Pi R° d dl ou d est la densite surfacique de charge et R° le rayon du fil

E(r) = Q = 2 Pi R° d dl / ( 4 pi e° 2 pi R dl ) = R° d / (4 pi e° R)

comme pour R° le potentiel est V

V = somme de infini à R° de [ R° d / (4 pi e° R) dR ]
= R° d / (4 pi e° ) Log R

d = 4 pi e° V / ( R° Log R° ) ou d est la densité surfacique des charges sur le fil

[Mcflys]

Bonjour,
quelques petites questions,

Il faut utiliser une nacelle isolée de terre mais que l'on connecte à la ligne (avec une pince crocodile) en s'approchant. Le ouvriers sont habillées avec un vêtement conducteur (avec des fils en argent), lui même branché à la nacelle.

Pourquoi ? Que va t-il se passer concrêtement ?

La force sur un courant est la force de Laplace, celle sur une charge en mouvement est la force de Lorentz. La force de Laplace est une conséquence des forces de Lorentz sur les électrons du conducteur.

D'accord, donc c'est la force de Lorentz qui s'applique.

Dans un champ magnétique uniforme le mouvement les charges est hélicoïdal.

Comment l'avez vous déduit ? Il y a t-il une raison particulière ?

Le champ E(r) à la distance R est E(r) 2 pi R dl = Q / ( 4 pi e°), avec la charge Q = 2 Pi R° d dl ou d est la densite surfacique de charge et R° le rayon du fil

Etes vous sûr pour le début, n'est ce pas E(r) 2 pi R dl = Q(int) / ( e°) ?
Je sais que la charge Q est : Q=d*Surface=d* (2 Pi R°) avec d la densite surfacique de charge. Je ne comprend pas pouquoi, il y aurait ce "dl".

Merci pour vos explications.

[LPFR]

Re.

Pourquoi ? Que va t-il se passer concrêtement ?

Rien. La nacelle et les ouvriers seront au potentiel de la ligne. Le courant pour maintenir la nacelle aux 400 kV alternatifs passera par la connexion à la ligne et celui pour maintenir les ouvriers au même potentiel, par le vêtement des ouvriers (qui se comporte comme une cage de Faraday).

Comment l'avez vous déduit ? Il y a t-il une raison particulière ?

Une charge en mouvement dans un champ magnétique subit une force perpendiculaire à sa vitesse et au champ. Celle-ci ne change donc pas de module, uniquement de direction. Et l'accélération est constante car la force est constante car la vitesse est constante. Donc, dans le plan perpendiculaire au champ, cela donne un cercle. Si, en plus, elle a un mouvement parallèle au champ, ce mouvement n'est pas altéré par le champ. Donc vous avec un mouvement circulaire dans un plan perpendiculaire au champ, plus un mouvement à vitesse constante parallèle au champ: une hélice.

Etes vous sûr pour le début, n'est ce pas E(r) 2 pi R dl = Q(int) / ( e°) ?
Je sais que la charge Q est : Q=d*Surface=d* (2 Pi R°) avec d la densite surfacique de charge. Je ne comprend pas pouquoi, il y aurait ce "dl".

La formule est bonne. 'dl' est une longueur quelconque du fil. Elle n'a pas besoin d'être différentielle. De toute façon, elle disparaît dans les calculs.
A+

[phys4]

Ils sont sympa, ils t'ont fait tout ton problème !!

Pourquoi ? Que va t-il se passer concrêtement ?

Vous ne pouvez pas mettre de l'isolant sur votre opérateur, car lui est conducteur et en cas de décharge intempestive, il se prend tout le courant. Il faut au contraire comme l'a souligné LPFR l'entourer de conducteurs et la nacelle (isolée bien sur) doit lui servir de cage de Faraday de telle façon qu'il n'y ait pas de champ autour de lui. Toute la nacelle va se mettre à 400 000 V sans conséquence pour l'intérieur de la cage.

D'accord, donc c'est la force de Lorentz qui s'applique.

Comment l'avez vous déduit ? Il y a t-il une raison particulière ?

Je n'avais pas fait ce cadeau là pour vous laisser du travail, mais maintenant vous avez tout, l'axe de l'hélice et ... personne ne vous a donné le rayon:
Considérez deux mouvements indépendants
- le mouvement suivant la direction du champ, quelle force appliquée, comment s’appelle ce mouvement ?
- le mouvement dan le plan perpendiculaire au champ, la force est toujours perpendiculaire à la vitesse est constante puisque la vitesse n'a pas de raison de varier, quelle est la figure décrite dans ce plan. A l'aide de l'expression de la force et de la formule de l'accélération centripète, pouvez vous donner le rayon du cercle?

[albanxiii]

Bonjour,

Pourquoi ? Que va t-il se passer concrêtement ?

On vous a répondu, mais en rapport plus ou moins direct, si vous avez l'occasion, je vous conseille d'aller au Palais de la Découverte (Paris), il y a des manips d'électrostatique tout à fait impresionnantes !

http://www.palais-decouverte.fr/index.php?id=440

Bonne soirée.