QCM : Conducteurs et condensateurs (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle propriété des charges présentes dans un conducteur électrique permet à ce matériau de répondre à un champ électrique ou magnétique ?

Elles sont quasi libres et peuvent se déplacer sous l’effet de ces champs.
Elles restent liées à leur atome et ne se déplacent qu’avec le matériau.
Elles sont fixes dans le matériau, mais leur orientation change sous l’effet des champs.
Elles apparaissent uniquement lorsque le conducteur est parcouru par un courant.

Elles sont quasi libres et peuvent se déplacer sous l’effet de ces champs.

Explication

Les charges quasi libres d’un conducteur peuvent se déplacer lorsqu’un champ électrique ou magnétique agit sur elles. Des charges liées peuvent réagir à un champ, mais leur mobilité ne correspond pas à la propriété décrite ici.

2. Dans un conducteur, quel phénomène correspond au mouvement d’ensemble des charges quasi libres ?

La répartition des charges excédentaires à la surface du conducteur.
La polarisation électrique du matériau sous l’action d’un champ.
La création d’un champ magnétique sans déplacement de charges.
Le courant électrique qui traverse le conducteur.

Le courant électrique qui traverse le conducteur.

Explication

Le courant électrique correspond au mouvement d’ensemble des charges quasi libres dans le conducteur. La polarisation décrit une séparation ou une réorientation des charges, pas leur mouvement collectif constituant un courant.

3. À l’équilibre électrostatique, quelle valeur prend le champ électrique en un point situé à l’intérieur d’un conducteur ?

Il est nul en tout point intérieur du conducteur.
Il augmente avec la distance séparant le point de la surface.
Il est constant, mais peut être différent de zéro dans le conducteur.
Il dépend de la densité surfacique de charge au point considéré.

Il est nul en tout point intérieur du conducteur.

Explication

À l’équilibre électrostatique, le champ électrique est nul en tout point intérieur du conducteur. Un champ constant non nul à l’intérieur ne correspondrait pas à cette condition d’équilibre.

4. Un conducteur atteint l’équilibre électrostatique : comment varie le potentiel électrique dans son volume ?

Il varie avec la position, même si le champ électrique intérieur est nul.
Il est maximal au centre et diminue vers la surface.
Il prend des valeurs différentes selon la densité surfacique locale.
Il est constant, de sorte que le conducteur est équipotentiel.

Il est constant, de sorte que le conducteur est équipotentiel.

Explication

À l’équilibre électrostatique, le potentiel est constant dans le volume du conducteur, qui est donc équipotentiel. Une variation spatiale du potentiel dans ce volume serait incompatible avec le champ électrique intérieur nul.

5. Que désigne la période transitoire lorsqu’un champ électrique extérieur constant est appliqué à un conducteur neutre et isolé ?

La phase où les électrons se déplacent jusqu’à ce que le champ intérieur soit renforcé par le champ extérieur
La phase brève durant laquelle les électrons quasi libres migrent avant que le champ total s’annule à l’intérieur
La durée pendant laquelle le champ extérieur augmente jusqu’à devenir constant dans le conducteur
La phase durant laquelle les charges de surface disparaissent avant que le conducteur devienne chargé

La phase brève durant laquelle les électrons quasi libres migrent avant que le champ total s’annule à l’intérieur

Explication

Cette période correspond au déplacement des électrons quasi libres qui réorganisent les charges jusqu’à l’annulation du champ total dans le conducteur. La disparition des charges de surface est une confusion plausible, car leur redistribution accompagne justement cette réponse transitoire.

6. Parmi les géométries citées, laquelle est celle d’un condensateur constitué de deux armatures concentriques ?

Le condensateur plan
Le condensateur cylindrique
Le condensateur à armatures parallèles décalées
Le condensateur sphérique

Le condensateur sphérique

Explication

Le condensateur sphérique est formé de deux conducteurs concentriques, caractérisés par leurs rayons. Le condensateur cylindrique possède également une géométrie courbe, mais ses armatures sont cylindriques plutôt que sphériques.

7. Quel rôle joue l’isolant séparant deux conducteurs dans un condensateur en influence totale ?

Il sépare les conducteurs tout en permettant aux lignes de champ de relier l’un à l’autre.
Il conduit les charges entre les conducteurs afin d’égaliser leurs potentiels.
Il empêche les lignes de champ de relier les deux conducteurs chargés.
Il neutralise les charges des conducteurs en les transférant vers l’environnement.

Il sépare les conducteurs tout en permettant aux lignes de champ de relier l’un à l’autre.

Explication

L’isolant sépare les conducteurs, tandis que l’influence totale signifie que toutes les lignes de champ partant de l’un arrivent sur l’autre. Un matériau conducteur reliant les armatures permettrait un échange de charges et ne remplirait pas la fonction d’isolant.

8. Quelle différence distingue la densité volumique d’énergie électrostatique de l’énergie totale d’un condensateur ?

La première dépend de la charge et de la capacité, tandis que la seconde dépend uniquement du champ dans l’isolant.
La première représente l’énergie totale stockée, tandis que la seconde correspond à l’énergie par unité de surface des armatures.
La première concerne le champ entre les armatures, tandis que la seconde mesure la charge portée par leurs surfaces.
La première décrit l’énergie par unité de volume, tandis que la seconde s’obtient en intégrant cette densité dans le volume considéré.

La première décrit l’énergie par unité de volume, tandis que la seconde s’obtient en intégrant cette densité dans le volume considéré.

Explication

La densité volumique caractérise l’énergie électrostatique localement, alors que l’intégration de cette densité sur le volume donne l’énergie totale du condensateur. La charge portée par les surfaces n’est pas une mesure de l’énergie totale.

9. Que modifie l’introduction d’un conducteur entre les armatures d’un condensateur ?

La tension imposée, sans redistribution des charges de surface
Les charges de surface, les lignes de champ et les surfaces équipotentielles
La charge totale des armatures, mais pas le champ ni le potentiel
La permittivité des armatures et la géométrie du condensateur

Les charges de surface, les lignes de champ et les surfaces équipotentielles

Explication

Le conducteur introduit porte des charges de surface et perturbe à la fois les lignes de champ et les surfaces équipotentielles. La charge totale des armatures n’est pas la seule grandeur touchée, puisque la configuration du champ électrique est également modifiée.

10. Pourquoi deux conducteurs électrisés par un générateur de tension continue conservent-ils leurs charges après avoir été déconnectés du générateur ?

Parce que les conducteurs échangent leurs charges avec la Terre.
Parce que les charges acquises restent sur les conducteurs après la déconnexion.
Parce que le générateur continue à fournir des charges à distance.
Parce que leur éloignement crée de nouvelles charges de même signe.

Parce que les charges acquises restent sur les conducteurs après la déconnexion.

Explication

La tension continue provoque l’acquisition de charges opposées, que les conducteurs gardent après leur déconnexion du générateur. Leur répartition à la surface peut changer lorsqu’on les éloigne, mais cela ne signifie pas que le générateur continue à les alimenter.

11. Pour rendre un conducteur métallique parcouru par des charges quasi libres capable de transporter un courant, quel phénomène faut-il provoquer ?

Une oscillation des atomes autour de leur position d’équilibre
Une accumulation de charges immobiles au centre du conducteur
Un mouvement d’ensemble de ces charges dans le conducteur
Une séparation des charges maintenue dans un matériau isolant

Un mouvement d’ensemble de ces charges dans le conducteur

Explication

Le courant électrique correspond au mouvement d’ensemble des charges quasi libres dans un conducteur. Une accumulation immobile ne constitue pas un courant, même si des charges sont présentes.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 10 flashcards sur Conducteurs et condensateurs.

Quelles charges quasi libres contient un matériau conducteur électrique ?

Des charges capables de se déplacer sous l’effet d’un champ électrique ou magnétique.

Quelles charges quasi libres constituent le courant électrique dans un conducteur ?

Le mouvement d’ensemble des charges quasi libres.

Quel est le champ électrique à l’intérieur d’un conducteur à l’équilibre électrostatique ?

Il est nul en tout point intérieur.

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