FSAC 1430 Physique T4 : électricité et magnétisme
Semaine 3 : Phénomènes de conduction

Chaque étudiant doit préparer, en groupe ou seul, une solution pour les exercices 3, 5, 6 et 7 de la liste ci-dessous. Lors de la seconde séance de tutorat, chacun doit pouvoir présenter cette solution et pouvoir répondre aux questions posées par le tuteur en utilisant uniquement cette solution et son document de synthèse personnel (6 pages maximum à ce stade).

1. Young & Freedman, éd. 10, page 825, exercice 26-3 (ou éd. 11, page 973, exercice 25-3).

Copper has 8.5 x 10²⁸ free electrons per cubic meter. A 71.0 cm length of 12-gauge copper wire, that is 2.05 mm in diameter, carries 4.85 A of current.
a) How much time does it take for an electron to travel the length of the wire?
b) Repeat part (a) for 6-gauge copper mire (diameter 4.12 mm) of the same length that carries the same current.
c) Generally speaking, how does changing the diameter of a wire that carries a given amount of current affect the drift velocity of the electrons in the wire?

2. Young & Freedman, éd. 10, page 826, exercice 26-4 (ou éd. 11, page 973, exercice 25-8).

Current passes through a solution of sodium chloride. In 1.00 s, 2.68 x 10¹⁶ Na⁺ ions arrive at the negative electrode and 3.92 x 10¹⁶ CL^- ions arrive at the positive electrode.
a) What is the current passing between the electrodes?
b) What is the direction of the current?

3. Young & Freedman, éd. 10, page 826, exercice 26-10 (ou éd. 11, page 974, exercice 25-14) +...

a)What diameter must a copper wire have if its resistance is to be the same as that of an equal length aluminium wire with diameter 3.26 mm?
b) In which proportion will the weight of the cable increase?

4. Young & Freedman, éd. 10, page 828, exercice 26-42 (ou éd. 11, page 977, exercice 25-67).

The average bulk resistivity of the human body (apart from surface resistance of the skin) is about 5.0 Wm. The conducting path between the hands can be represented approximatively as a cylinder 1.6 m long and 0.10 m in diameter. The skin resistance can be made negligible by soaking the hands in salt water.
a) What is the resistance between the hands if the skin resistance is negligible?
b) What potential difference between the hands is needed for a lethal shock current of 100 mA? (Note that your result shows that small potential differences produce dangerous currents when the skin is damp.)
c) With the current in part (b), what power is dissipated in the body?

5. Young & Freedman, éd. 10, page 828, exercice 26-45 (ou éd. 11, page 976, exercice 25-57) +...

A 3.00 m length of copper wire at 20°C has a 1.20 m-long section with diameter 1.60 mm and a 1.80 m-long section with diameter 0.80 mm. There is a current of 2.5 mA in the 1.60 mm diameter section.
a) What is the current in the 0.80 mm-diameter section?
b) What is the magnitude of E in the 1.60 mm-diameter section?
c) What is the magnitude of E in the 0.80 mm-diameter section?
d) What is the potential difference between the ends of the 3.00 m length of wire?
e) Which is the heat production volume density in both sections of the wire?
f) How do the answers change if the temperature rise up to 100°C? Does the effect go toward a stabilization of the temperature (reduction in released heat when the temperature increases) or toward a destabilization?

6. On considère une région comprises entre deux cylindres bon conducteurs, coaxiaux, de rayons a pour le conducteur intérieur et b pour le conducteur extérieur. La longueur du dispositif est L.
Quelle est l'expression et la valeur de la résistance entre les deux cylindres ?
Montrez que cette expression se réduit à celle d'une résistance plane ( c'est-à-dire à la loi de Pouillet R = r d / S ) lorsque l'écart b-a entre les rayons est suffisamment petit ? Quelle est l'expression de la densité de courant en fonction de la position, en terme de la tension u_ab entre les deux cylindres ?
Quelle est l'expression de la densité de production de chaleur en fonction de la position ?
Chiffrez vos résultats si a = 5 cm , b = 10 cm, L = 10 cm et r = 23 mW m (silicium).

7. Young & Freedman, éd. 10, page 829, exercice 26-49 (ou éd. 11, page 977, exercice 25-61) + ...

Two parallel plates of a capacitor have equal and opposite charges Q. The dielectric has a dielectric constant K and a resistivity r. Show that the "leakage" current I carried by the dielectric is given by I = Q/Ke_o r.
How much time does it take for the condenser to discharge if it is not connected to an electric generator?

8. Une sphère conductrice de 50 cm de rayon est à demi enterrée dans le sol afin de servir de prise de terre. Quelle est la résistance de celle-ci si le sol environnant une résistivité de 100 W m (sable imprégné d'eau). Indication : négliger la résistivité du métal de la sphère.

Retour au menu de la semaine 3

Dernière mise à jour le 01-10-2004