Exercice proposé S02-1b : modification de la distance entre les électrodes d'un condensateur plan chargé

Livrons-nous à l'expérience suivante. Un condensateur plan (structure décrite à l'exercice S01-4v et à l'exercice S01-5r) est réalisé de telle sorte que la distance d entre les faces en regard de ses électrodes puisse être modifié, ce qui signifie que le milieu qui les sépare doit être le vide ou un fluide (liquide ou gazeux). Ce condensateur est chargé par un moyen quelconque, par exemple en le reliant quelques instants à un générateur. Ses deux armatures portent des charges +q et -q et il existe entre elles une différence de potentiel que nous noterons u_o. Nous relions le condensateur à un voltmètre électrostatique et y mesurons la valeur de u_o (figure S02-0).

Nous modifions maintenant la distance d d'un facteur a inférieur à l'unité, c'est-à-dire que nous rapprochons les plaques, et observons l'évolution de la tension. La tension va-t-elle

• augmenter (selon quelle expression ?),
• restez inchangée,
• ou diminuer (selon quelle expression ?) ?

De même, l'énergie du condensateur va-t-elle

• augmenter (par quel apport d'énergie ?),
• restez inchangée,
• ou diminuer (par quelle sortie d'énergie ?) ?

Que se passe-t-il lorsque l'on écarte les plaques pour revenir à la situation de départ.

Indication : la charge q du condensateur reste constante aussi bien lors du rapprochement que de l'écartement des plaques puisque le condensateur est déconnecté de l'alimentation électrique avant de commencer ces opérations, de sorte que les deux électrode du condensateur se trouvent électriquement isolées.

Variante : analyser la même manipulation faite en laissant le condensateur connecté à une source de tension de valeur constante.

Exemple de solution.

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Dernière mise à jour le 17-09-2003.