diff --git a/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.niv3/04.electromagnetism/03.electrostatic-equilibrium-in-matter/15.electrostatics.dielectrics/02.electrostatics-dielectrics-overview/cheatsheet.fr.md b/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.niv3/04.electromagnetism/03.electrostatic-equilibrium-in-matter/15.electrostatics.dielectrics/02.electrostatics-dielectrics-overview/cheatsheet.fr.md deleted file mode 100644 index feb4b7f9f..000000000 --- a/01.curriculum/01.physics-chemistry-biology/03.niv3/04.electromagnetism/03.electrostatic-equilibrium-in-matter/15.electrostatics.dielectrics/02.electrostatics-dielectrics-overview/cheatsheet.fr.md +++ /dev/null @@ -1,411 +0,0 @@ ---- -title : Équilibre électrostatique dans les diélectriques -published : true -visible : true ---- -[en construction] (revue sur site) - - -### Équilibre électrostatique dans les diélectriques - -#### Code des couleurs et des symboles - -* Code des couleurs pour les **signes des charges + et -**, pour les *charges libres* et de *charges de polarisation*. - -![](dielectric-color-code_L1200.jpg) -_Figure 1._ - -#### Qu'est ce qu'un diélectrique? - -* **Milieu diélectrique** = milieu ne possédant *pas de charges libres*. -
$`\Longrightarrow\:`$ *charges* **liées entre elles**, au sein de leur groupement -neutre (atomique, moléculaire ou cristallin) d'appartenance. -
$`\Longrightarrow\:`$ **pas de courant de conduction** : pas de déplacement de charge -possible sur des distances mésoscopiques ou macroscopiques sous l'action d'un champ -extérieur $`\overrightarrow{E_{ext}}`$ -
$`\Longrightarrow\:`$ **milieu diélectrique** = **milieu isolant électrique**. - -* Comme tout milieu matériel, un *milieu diélectrique* **possède des charges liées**.
-au sein des groupements neutres constituant le milieu. -
$`\Longrightarrow\:`$ **courant de polarisation possible** : par déplacement de -charge sur une infime distance intra-atomique sous l'action d'un champ extérieur. -
$`\Longrightarrow\:`$ à l'*équilibre statique*, présence possible de* **dipôles électriques** -= *séparation des centres des charges négatives et positives* au sein de chaque groupement -neutre. - -#### Rappel : qu'est-ce qu'un moment dipolaire électrique $`\overrightarrow{p}`$? - -* un **vecteur $`\overrightarrow{p}`$** qui *caractérise un dipôle électrique*. - -* **moment dipolaire électrique $`\overrightarrow{p}=+q\cdot \overrightarrow{NP}`$** : vecteur $`N`$ est le centre de charge de la charge négative $`-q`$ du dipôle, $`P`$ le centre de sa charge positive $`+q`$. - -![adobe_low_licence_dielectric-electric-dipole-E-1_L1200.jpg](adobe_low_licence_dielectric-electric-dipole-E-1_L1200.jpg) -_Figure 2._ - -* *unité SI* : **$`C\;m`$** -
*unité usuelle* : le **Debye, de symbole D**, avec -$`1D \simeq 3,336\times 10^{-30}\,C\;m`$, -
élément de comparaison : **$`1D \simeq 0,39\;e\;a_0`$**, -avec *$`- e`$ charge de l'électron* ($`e=1,602\times 10^{-19}\,C)`$ et -*$`a_0`$ rayon de Bohr* de l'atome d'hydrogène (distance moyenne entre l'électron -et le proton : $`a_0 =5,3\times 10^{-11}\,m`$). - -* *Intérêt de $`\overrightarrow{p}`$* : le **champ électrique créé** *à grande distance* -(devant sa taille) par un dipôle électrique *s'exprime simplement* en fonction -de $`\overrightarrow{p}`$ :
- -![adobe_low_licence_dielectric-electric-dipole-E-2_L1200?jpg](adobe_low_licence_dielectric-electric-dipole-E-2_L1200.jpg) -_Figure 3._ - - -#### Quels sont les phénomènes à l'origine de moments dipolaires ? - -**2 types de moments dipolaires** : - - -* **moment dipolaire électronique** : infime *décalage du centre de charge ( - ) du nuage électronique par rapport au centre de charge ( + ) des protons* au sein de chaque groupement (atomique, moléculaire, cristallin).
- - - -* **moment dipolaire atomique** : le *centre de charge des ions négatifs ne coïncide pas avec le centre de charge des ions positifs* au sein d'un groupement moléculaire ou cristallin dépourvus de centre de symétrie.

-*ordre de grandeur* : de** 0 à 10 D**, (pour la *molécule d'eau : $`p_{H2O}=1,84\,D= 6,14\times 10^{-30}\,C\,m`$*$`\;,\; d_{O-H}=9,6\times 10^{-11}\;m`$ - - - -#### Qu'est-ce que le vecteur polarisation $`\overrightarrow{P}`$? - -* Au sein de la matière les **dipoles** sont contenu dans un *volume de dimension atomique*. - -* Un **volume mésoscopique** est un volume :
-▪  de *taille grande devant l'échelle atomique* caractéristique des entités élémentaires ou des variations des champs induits, afin de définir des *moyennes spatiales pertinentes*.

-▪  de *taille quasi-ponctuelle devant l'échelle de description macroscopique* de la matière, de façon que les *moyennes spatiales définies* et mesurées *varient continuement*
- -![dielectrics-volume-mesoscopic](dielectrics-volume-mesoscopic_L1200.jpg)
-_Figure 4 : Volume mésoscopique, contient N entités élémentaires, avec N grand (>10 000)_ - -* Le **vecteur polarisation $`\overrightarrow{P}`$** :
-▪  caractérise l'*état de polarisation dans chaque volume mésoscopique $`\Delta\tau`$*.
-▪  c'est le *vecteur densité de moment dipolaire* :
-**$`\displaystyle\overrightarrow{P}=\dfrac{1}{\Delta\tau}\sum_{i\in\Delta\tau}\overrightarrow{p_i}`$** - -* *unité SI* : **$`C\;m^2`$**
- -* Au sein d'un diélectrique :
-▪  **$`\overrightarrow{P}=\overrightarrow{cst}`$** $`\Longrightarrow`$ *polarisation uniforme*.
-▪  **$`\overrightarrow{P}`$ varie** continument $`\Longrightarrow`$ *polarisation non uniforme*. - - - - -#### En absence d'un champ électrique extérieur, un diélectrique contient-il des dipôles? - -* Les groupements atomiques, moléculaires ou cristallins possèdent **souvent des moments dipolaires électriques permanents $`\overrightarrow{p_i}`$**. - -![dielectrics-points-dipoles-aleatoires](dielectrics-points-dipoles-aleatoires_L1200.jpg) -_Figure 5._ - -#### En absence d'un champ électrique extérieur, un diélectrique est t-il polarisé électriquement ? - -* En général, les **dipôles élémentaires** ont **chacun** une **orientation aléatoire**
**$`\Longrightarrow\;\overrightarrow{P}`$**$`\;=\dfrac{1}{\Delta\tau}\sum_{i\in\Delta\tau}\overrightarrow{p_i}`$**$`\;=\overrightarrow{0}`$** - -![dielectrics-polarization-points-dipoles-aleatoires](dielectrics-polarization-points-dipoles-aleatoires_L1200.jpg) -_Figure 6._ - -#### Comment un champ électrique extérieur $`\overrightarrow{E}`$ polarise un diélectrique? - -* Un **champ électrique uniforme** à l'échelle d'un dipôle électrique
-$`\Longrightarrow\;`$ *couple non nul* qui **tend à orienter le dipôle en direction du champ**.
-$`\Longrightarrow\;`$ *force résultante nulle* sur le dipôle. - -* L'application d'un **champ électrique extérieur** $`\overrightarrow{E_{ext}}`$ dans un **volume mésoscopique** $`\Delta\tau`$
-$`\Longrightarrow\;`$ création de dipôles d'orientation moyenne en direction de $`\overrightarrow{E_{ext}}`$
-ou $`\Longrightarrow\;`$ réorientation des dipôles préexistants vers une direction moyenne selon $`\overrightarrow{E_{ext}}`$
- -* L'application d'un **champ électrique extérieur stationnaire** -
$`\Longrightarrow\;`$ un *transitoire non mesurable*. -$`\Longrightarrow\;`$ établissement d'un **équilibre** où le diélectrique a une **polarisation non nulle** - -![]( dielectrics-E-induce-polarization_L1200.jpg) -_Figure 7._ - -#### Comment un champ électrique $`\overrightarrow{E}`$ dans un diélectrique créé des moments dipolaires électriques $`\overrightarrow{p}`$ ? - -*3 processus fondamentaux de polarisation :* - -* **Polarisation électronique** :
-Le champ électrique induit des moments dipolaires électroniques. - -* **Polarisation atomique** :
-Le champ électrique induit des moments dipolaires atomiques. - -* **Polarisation d'orientation** :
-Si le matériau contient des moments dipolaires permanents, mais dont les orientations aléatoires ne présentent aucune direction privilégiée, le matériau est alors non polarisé électriquement $`\vec{P}=0`$. En exerçant un couple sur chaque moment dipolaires permanent, un champ extérieur peut amener les dipôles à s'orienter préférentiellement en direction du champ. Le matériau se polarise ainsi électriquement sous l'effet du champ électrique extérieur. - - - -#### Quel est la relation entre le champ électrique $`\overrightarrow{E}`$ et la polarisation induite $`\overrightarrow{P} ?`$ - -* La polarisation induite $`\overrightarrow{P}`$ est une fonction de $`\overrightarrow{E}`$ **$`\overrightarrow{P} = \overrightarrow{P}(\overrightarrow{E})`$** - -* Si le **milieu** est **linéaire (L)**
-**$`\Longrightarrow\; ||\overrightarrow{P}|| \propto ||\overrightarrow{E}||`$** : les normes des vecteurs $`\overrightarrow{P}`$ et $`\overrightarrow{E}`$ varient proportionnellement. $ - -* Si le **milieu** est **homogène et isotrope (HI)**
-**$`\Longrightarrow\; \overrightarrow{P} // \overrightarrow{E}`$** : les vecteurs $`\overrightarrow{P}`$ et $`\overrightarrow{E}`$ ont même direction. - -* Si le **milieu** est **linéaire, homogène et isotrope (LHI)**
-**$`\Longrightarrow\; \overrightarrow{P} \propto \overrightarrow{E}`$** : les vecteurs $`\overrightarrow{P}`$ et $`\overrightarrow{E}`$ sont proportionnels. - -#### Qu'est-ce que la susceptibilité électrique d'un milieu ? - -* Pour un **milieu** *homogène, isotrope et linéaire* **(LHI)**, la **susceptibilité électrique** notée **$`\chi`$** est le rapport de proportionnalité entre $`\overrightarrow{P}`$ et $`\epsilon_0\,\overrightarrow{E}`$
-$`\chi=\dfrac{\overrightarrow{P}}{\epsilon_0\,\overrightarrow{E}}\,`$**$`\Longrightarrow\;\overrightarrow{P}=\epsilon_0\,\chi\, \overrightarrow{E}`$** - -* *unité SI* : **sans unité** (scalaire pur)
- -#### Un diélectrique polarisé reste-il neutre dans son volume? - -##### La polarisation est uniforme - -* *Polarisation uniforme* **$`\Longrightarrow\overrightarrow{P}(\overrightarrow{r})=\overrightarrow{const}`$**
-$`\Longrightarrow`$ pas de variation de $`\overrightarrow{P}`$ d'un volume mésoscopique $`\Delta\tau`$ à un autre.
-$`\Longrightarrow`$ pas de variation de $`\overrightarrow{P}`$ si le volume mésoscopique $`\Delta\tau`$ considéré se déplace d'une fraction de sa longueur. - -* Pour simplifier, considère le **dipôle électrique moyen** de moment dipolaire **$`\overrightarrow{p} = q^+\;\overrightarrow{d}`$** dans le diélectrique. Ce dipôle électrique est électriquement **neutre**. - -* Dans tout *volume mésoscopique $`\Delta\tau`$*, les **dipôles internes**, situés entièrement à l'intérieur de $`\Delta\tau`$, ont une *charge total nulle*. Les **dipôles frontières**, situés de par et d'autre de la surface frontière de $`\Delta\tau`$, ont l'une de leur charge à l'intérieur de $`\Delta\tau`$ et l'autre à l'extérieur, et sont donc *susceptibles de rompre la neutralité* $`\rho=0`$ caractérisant $`\Delta\tau`$. - -![dielectrics-mesoscopic-polarization-uniform-1-2](dielectrics-mesoscopic-polarization-uniform-1-2_L1200.jpg) -_Figure 8._ - -* *Pour chaque face* de $`\Delta\tau`$, les *dipôles frontières* ont leurs centres **localisés dans un volume $`dS\cdot d\cdot\cos\,\theta`$** où $`\theta`$ est l'angle que fait l'axe du dipôle avec la normale à la surface. - -![dielectrics-mesoscopic-polarization-uniform-1-2](dielectrics-mesoscopic-polarization-uniform-1-3_L1200.jpg) -_Figure 9._ - -* Pour *deux faces opposées*, une polarisation uniforme implique que statistiquement **autant de charges positives que de charges négatives** *des dipôles frontières* **sont maintenues dans $`\Delta\tau`$**. Ce résultats se généralise sur les 6 faces, le volume **$`\Delta\tau`$ est neutre**. - -* **Polarisation uniforme $`\Longrightarrow`$ diélectrique neutre en volume**
-**$`\overrightarrow{P}=\overrightarrow{const}`$$`\quad\Longrightarrow\quad\rho=0`$**. - - -##### La polarisation est non uniforme - -* *Polarisation non uniforme* **$`\Longrightarrow\overrightarrow{P}`$ est fonction de la position $`\overrightarrow{r}`$**
-$`\Longrightarrow`$ variation de $`\overrightarrow{P}`$ d'un volume mésoscopique $`\Delta\tau`$ à un autre.
-$`\Longrightarrow`$ variation de $`\overrightarrow{P}`$ si le volume mésoscopique $`\Delta\tau`$ considéré se déplace d'une fraction de sa longueur. - -* Pour *deux faces opposées* d'un volume cubique mésoscopique :
-\- le **nombre de dipôles frontières** dans le volume $`dS\cdot d\cdot\cos\,\theta`$ *peut différer*.
-\- à densités de dipôles équivalentes, les **caractéristiques moyennes des dipôles frontières** *peuvent varier* d'une face à l'autre.
-$`\Longrightarrow`$ les charges d'un type donné (+ ou -) maintenues dans $`\Delta\tau`$ sur une face ne compensent pas les charges de type opposé maintenues dans $`\Delta\tau`$ sur la face opposée. - -![dielectrics-non-uniform-polarization-volume-1-2_L1200](dielectrics-non-uniform-polarization-volume-1-2_L1200.jpg)
-_Figures 10 : La répartition des charges, à l'intérieur ou à l'extérieur du volume mésoscopique, des dipôles frontières sur deux faces opposées ne permet pas de garder la neutralité initiale._
-_Figure 11 : Les volumes qui contiennent les dipôles frontières ne sont pas égaux, le nombre de dipôles frontières, le dipôles friontière moyen varient d'une face à l'autre._ - -* **Polarisation non uniforme $`\Longrightarrow`$ une densité volumique de charge non nulle apparait**
-**$`\overrightarrow{P}`$ non uniforme $`\quad\Longrightarrow\quad\rho\ne0`$**. - -* Etudions le flux des charges créé par les dipôles sur $`\Delta S_1`$, l'une des 6 faces de $`\Delta\tau`$. Prenons la surface noté 1 sur les figures suivantes. Le dipôle frontière moyen à cette face s'écrit $`\vec{p_1}=d_1\cdot\vec{d_1}`$ et est présent en densité $`N_1`$. Ces dipôles frontières sont contenus dans le volume $`\delta\tau_1=\Delta S\;d_1\;cos\,\theta_1`$. - -* Les dipôles dans la moitié droite de $`\delta\tau_1`$ (voir figure 12) maintiennent leur charge négative $`\Delta Q_{out}^1`$ hors de $`\Delta\tau`$, et l'on a :
-$`\Delta Q_{out}^-=q_1^-\;N_1\;\Delta S\;\dfrac{d_1}{2}\;cos\,\theta_1`$. - -* Les dipôles dans la moitié gauche de $`\delta\tau_1`$ (voir figure 13) maintiennent leur charge positive $`\Delta Q_{out}^1`$ dans $`\Delta\tau`$, et l'on a :
-$`\Delta Q_{out}^+=-\,q_1^+\;N_1\;\Delta S\;\dfrac{d_1}{2}\;cos\,\theta_1`$. - -![dielectrics-non-uniform-polarization-volume-3-4_L1200](dielectrics-non-uniform-polarization-volume-3-4_L1200.jpg)
-_Figures 12 et 13._ - -* Le bilan net des charges qui ont quittées $`\Delta\tau`$ sur cette face 1 est :
- $`\Delta Q_{out}^+ + \Delta Q_{out}^- = -\,q_1^+\;N_1\;\Delta S\;d_1\;cos\,\theta_1`$.
- Cela apparaît égal au produit scalaire $`\vec{P_1}\cdot \vec{dS_1}`$.
- (les 6 faces $`dS_i`$ qui forment la frontière du volume $`\Delta\tau`$ ont leurs vacteurs représentatifs $`\vec{dS_i}`$ orientés conventionnellement de l'intérieur vers l'extérieur). - -![dielectrics-non-uniform-polarization-volume-5-6_L1200](dielectrics-non-uniform-polarization-volume-5-6_L1200.jpg)
-_Figures 14 et 15._ - -* Ce raisonnement peut se reproduire pour chacune des 5 autres faces du volume $`\Delta\tau`$. - -* Le bilan net des charges qui se maintiennent en dehors de $`\Delta\tau`$ s'écrit :
- $`\Delta Q_{out}^+ + \Delta Q_{out}^- = \displaystyle\sum_{i=1}^6 {\vec{P_i}\cdot \vec{dS_i}}`$.
- Ce bilan somme la charge total de tous les dipôles forntières de $`\Delta\tau`$ maintenue à l'extérieur. La loi de conservation de la charge impose que le volume $`\Delta\tau`$ initialement neutre se charge de la quantité opposée. $`\Delta\tau`$ est donc caractérisé par une densité volumique de charge $`\rho`$ égale à l'opposé de la divergence du vecteur polarisation :
- $`\rho=-\,div\,\overrightarrow{P}`$. - - ![dielectrics-non-uniform-polarization-volume-7-8_L1200](dielectrics-non-uniform-polarization-volume-7-8_L1200.jpg)
- _Figures 16 et 17._ - - * Pour revenir au cas précédent, la divergence d'une polarisation uniforme est nulle. Nous en déduisons un fait et une relation très importante : - -**En tout point d'un matériau diélectrique, la densité volumique de charges liées ( de charge de polarisation) $`\rho_{pol}`$ est égale à la divergence du vecteur polarisation en ce point.** - - **$`\rho_{pol}=-\,div\,\overrightarrow{P}`$** - -![dielectric-polarization-rho-divP_L1200](dielectric-polarization-rho-divP_L1200.jpg)
- _Figures 18 et 19._ - - - -### Y-at-il une densité surfacique de charge $`\sigma`$ en surface d'un diélectrique de polarisation $`\overrightarrow{P}`$ uniforme ? - -* Pour cherche réponse à cette question, modélisons un volume cubique mésoscopique $`\Delta\tau`$ situé dans un matériau polarisé électriquement uniformément, mais à l'interface avec un milieu non polarisable. Nous faisons de plus l'hypothèse que le vecteur polarisation s'annule abruptement à cette interface. les charges liées dans le volume diélectrique $`\Delta\tau`$ ne peuvent sortir du diélectrique. - -![dielectrics-polarization-surface-1_L1200](dielectrics-polarization-surface-1_L1200.jpg)
-_Figure 20 : interface abrupte entre un matériau diélectrique polarisé uniformément et un milieu non polarisable._ - - -![dielectrics-polarization-surface-2-3_L1200](dielectrics-polarization-surface-2-3_L1200.jpg)
-_Figures 21 et 22._ - -![dielectrics-polarization-surface-5-6_L1200](dielectrics-polarization-surface-5-6_L1200.jpg)
-_Figures 23 et 24._ - -![dielectrics-polarization-surface-7-8_L1200](dielectrics-polarization-surface-7-8_L1200.jpg)
-_Figures 25 et 26._ - -![dielectrics-polarization-surface-9-10_L1200](dielectrics-polarization-surface-9-10_L1200.jpg) -_Figures 27 et 28._ - -* Á la *surface d'un diélectrique de polarisation $`\vec{P}`$* apparaît une -densité surfacique de charges liées, dites -**densité surfacique de charge de polarisation $`\sigma_{pol}`$** telle que :
-
**$`\sigma_{pol} = \overrightarrow{P} \cdot \overrightarrow{u}_{surf}`$**,
-
où $`\overrightarrow{u}_{surf}`$ est le vecteur unitaire perpendiculaire à la surface et orienté de l'intérieur vers l'extérieur du diélectrique. - -#### Que se passe-t-il à l'interface entre un diélectrique et un conducteur? - -C'est la cas lorsqu'un **matériau diélectrique** est inséré *entre les plaques d'un condensateur*. - -Soit la **surface plane d'un diélectrique en contact avec la surface d'un conducteur** *portant à sa surface une **densité surfacique de charges libres $`\sigma_{lib}`$** (C'est le cas présenté sur la figure 30, pour une densité surfacique de charges libres positives dans le conducteur $`\sigma_{lib}>0`$. - -Bien que l'étude des propriétés physiques anistropes soit du niveau supérieur à cause du concept mathématique de tenseur qu'il faut acquériri et maîtriser, nous commencerons par ce cas pour mieux comprendre intuitivement ce qui se passe. - -##### Diélectrique anisotrope - -* **Diélectrique anisotrope**
- $`\Longrightarrow`$ il existe des *directions de plus facile polarisation*. - $`\Longrightarrow`$ Les **dipôles électriques** induits sont orientés autour d'une **direction voisine, mais non parallèle au champ électrique $`\vec{E}`$** créé par la surface chargée du conducteur. - -* Le vecteur polarisation $`\vec{P}`$ suit la direction moyenne des moments dipolaires électriques.
-**$`\vec{P}`$** n'est **pas parallèle à $`\vec{E}`$** - -* Une **densité surfacique de charges de polarisation, $`\sigma_{pol}`$, apparaît à l'interface** côté diélectrique telle que :
-$`\quad \sigma_{pol} = -\,\overrightarrow{P} \cdot \overrightarrow{u}`$,
-Le signe - sur la figure vient du fait que le vecteur unitaire $`\overrightarrow{u}`$ perpendiculaire à la surface est orienté vers l'intérieur du diélectrique. (Attention ! le signe - doit être rajouté sur les figures 29 à 32). - -* La **densité surfacique totale de charges $`\sigma`$** à l'interface s"écrit maintenant :
-
**$`\sigma=\sigma_{lib}+\sigma_{pol}`$**. - -![](dielectric-anisotrope-polarization-electric-field_L1200.jpg)
-_Figure 29._ - -##### Diélectrique isotrope - -Les même phénomènes se réalisent, avec les différences suivantes : - -* le moment dipolaire moyen $`\vec{p}`$, le vecteur polarisation $`\vec{P}`$ sont maintenant parallèles à la direction de $`\vec{E}`$. - -* le moment dipolaire moyen $`\vec{p}`$, le vecteur polarisation $`\vec{P}`$ sont maintenant parallèles à la direction de $`\vec{E}`$. - -![](dielectric-isotrope-polarization-electric-field_L1200.jpg)
-_Figure 30._ - -### Qu'est-ce que le vecteur induction électrique $`\overrightarrow{D}`$ ? - -Il est définit par : - -* **Vecteur induction $`\overrightarrow{D}`$ : $`\overrightarrow{D}=\epsilon_0\,\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}`$** - -##### Cas d'un diélectrique anisotrope - -![](dielectric-anisotrope-polarization-electric-field-induction-Gauss_L1200.jpg) -_Figure 31._ - -##### Cas d'un diélectrique isotrope - -![](dielectric-isotrope-polarization-electric-field-induction-Gauss_L1200.jpg) -_Figure 32._ - -### Qu'est-ce que la permittivité relative $`\epsilon_r`$ d'un diélectrique ? - -Pour un *milieu linéaire, homogène et isotrope (LHI)* , la **permittivité relative** est le nombre réel -$`\epsilon_r`$ qui vérifie : - -**$`\overrightarrow{D}=\epsilon_0\,\epsilon_r\,\overrightarrow{E}`$** - -##### Lien entre permittivité relative et susceptibilité électrique - -Pour un *milieu linéaire, homogène et isotrope (LHI)* : $`\overrightarrow{P}=\epsilon_0\,\chi\,\overrightarrow{E}`$ - -Donc : - -$`\overrightarrow{D}=\epsilon_0\,\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}`$ - -$`\overrightarrow{D}=\epsilon_0\,\overrightarrow{E}+\epsilon_0\,\chi\,\overrightarrow{E}`$** - -$`\overrightarrow{D}=\epsilon_0\,(1+\chi)\,\overrightarrow{E}`$* - -$`\overrightarrow{D}=\epsilon_0\,\epsilon_r\,\overrightarrow{E}`$* - -ce qui donne - -**$`\epsilon_r=1+\chi`$** - - -#### Que deviens le théorème de Gauss dans un diélectrique ? - -##### Le théorème de Gauss en fonction de $`\overrightarrow{E}`$ : - -$`div\;\overrightarrow{E}=\dfrac{\rho_{tot}}{\epsilon_0}`$ - -avec $`\rho_{tot}=\rho_{lib}+\rho_{pol}`$: densité volumique de charge totale. - -Nous précisons cela en écrivant : - -**$`div\;\overrightarrow{E}=\dfrac{\rho_{lib}+\rho_{pol}}{\epsilon_0}`$** - -En remarquant que $`\rho_{pol}=-div\;\overrightarrow{E}`$ je peux réécrire : - -$`div\;\overrightarrow{E}=\dfrac{\rho_{lib}-div\;\overrightarrow{P}}{\epsilon_0}`$ - -$`\epsilon_0\;div\;\overrightarrow{E}=\rho_{lib}-div\;\overrightarrow{P}`$ - -$`\epsilon_0\;div\;\overrightarrow{E}+div\;\overrightarrow{P}=\rho_{lib}`$ - -$`div\left(\epsilon_0\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}\right)=\rho_{lib}`$ - - -##### Le théorème de Gauss en fonction de $`\overrightarrow{D}`$ : - -Identifiant $`\epsilon_0\overrightarrow{E}+\overrightarrow{P}`$ au vecteur induction électrique $`\overrightarrow{D}`$, le **théorème de Gauss exprimé avec l'induction électrique** s'écrit : - -**$`div\;\overrightarrow{D}=\rho_{lib}`$** - -L'avantage de cette expression est que n'apparait seulement que la densité de charges libres, qui ont été amenées par un courant de conduction mesurable. - -#### Exercice d'électrostatique dans la matière : - -Comment varie la capacité d'un condensateur plan, si à charge égale, on remplit tout l'espace entre ses armatures avec un matériau diélectrique de permittivité relative $`\epsilon_r = 11`$ ?