Comment jouer à Carte de potentiel
- Choisis un test et lis sur la carte les charges et le trajet.
- Utilise V = k·Q ÷ r pour chaque charge, additionne les potentiels et utilise W = q·(V₂ − V₁) pour le travail.
- Tape ta prédiction et appuie sur Démarrer. La charge d'essai est portée le long du trajet ; son appareil indique V et le travail.
- Compare l'appareil, les lignes de niveau et le graphique avec ta prédiction orange.
Le potentiel électrique
Le potentiel électrique en un point est l'énergie qu'y possède chaque coulomb de charge : V = U ÷ q, en volts, un volt valant un joule par coulomb. Une charge ponctuelle Q crée V = k·Q ÷ r, qui décroît en 1 ÷ r et non en 1 ÷ r² comme le champ. Le potentiel est un nombre avec un signe, donc les potentiels de plusieurs charges s'additionnent simplement : entre deux charges positives ils ne s'annulent jamais, même là où les champs s'annulent, et entre une charge + et une charge − de même valeur, le potentiel à mi-chemin est nul alors que le champ y est fort. Une carte de potentiel ressemble à une carte de relief : près d'une charge positive le terrain est haut, et les lignes de niveau (équipotentielles) relient les points de même potentiel. Porter une charge q d'un point à un autre demande un travail W = q·(V₂ − V₁), quel que soit le chemin, et suivre une ligne de niveau ne demande rien, car la force électrique est toujours perpendiculaire aux lignes de niveau.
Un modèle d'apprentissage ciblé
Les charges fixes sont des charges ponctuelles dans l'air, traité comme le vide, le potentiel étant nul très loin. La charge d'essai de +1 nC est portée à vitesse constante le long du trajet pendant 2 s, puis tenue 1 s ; elle est trop petite pour déplacer les autres charges, et son appareil n'inclut pas son propre potentiel. Le compteur de travail affiche q·(V maintenant − V au départ), le travail que tu fournis contre la force électrique, quel que soit le chemin. L'ombre va du bleu marine à 0 V jusqu'au plus clair à partir de 300 V ; les lignes de niveau sont tracées tous les 20 V dès qu'un essai commence, et la flèche de force est à une échelle indiquée. Les réponses à 2 % près sont justes ; un travail nul doit être à 0,5 nJ près.