Ligne de charges ponctuelles, égales et équidistantes
Le vecteur ri a pour origine la charge qi
et comme extrémité le point étudié.
On considère ici n charges ponctuelles
identiques, alignées et équidistantes.
Le système admet une symétrie de
révolution autour de la ligne de charges et on fait l'étude dans un plan contenant
les charges.
Dans ce plan, on prend l'origine sur le milieu du segment reliant
les charges.
Pour tracer les lignes de champ (courbes auxquelles est tangent
le vecteur champ électrique), on part d'un point voisin d'une charge et
on trace un petit segment dont l'orientation est celle du champ au point étudié
et dont la longueur est proportionnelle à sa valeur. On répète le processus
jusqu'à la sortie de l'épure.
Il suffit d'étudier le premier quadrant et
d'utiliser ensuite les symétries du problème pour tracer l'ensemble des lignes
de champ.
Pour tracer les équipotentielles, on peut utiliser deux techniques,
tracer les courbes de niveau du potentiel ou utiliser le fait que
les courbes équipotentielles sont en tout point normales aux lignes de champ.
Dans cette applet, nous avons utilisé la seconde méthode plus rapide à mettre
en œuvre.
L'applet
:
Un click
sur le bouton [Ajouter une charge] quand
il y a 9 charges affichées fait passer le nombre de charge à 1.
Quand le
nombre de charges augmente, on se rapproche d'un segment uniformement chargé.
Si l'on presse un bouton
de la souris dans le cadre du dessin, et si l'on glisse la souris, on affiche avec
des unités arbitraires les valeurs du champ et du potentiel au niveau du pointeur.
On
peut ainsi constater la décroissance rapide du champ quand on s'éloigne des
charges (loi en 1/r2). On peut aussi voir que le champ est beaucoup
plus intense au voisinage de l'axe que dans une direction normale. Dans une
direction voisine de l'axe toutes les contributions axiales du champ s'ajoutent
alors que dans une direction normale, les contributions tangentielles s'annulent.
Ceci explique le pouvoir des pointes : Le champ électrique au voisinage
d'un objet chargé est beaucoup plus intense au voisinage des parties pointues
de celui-ci.