Champ électrostatique

Introduction

Certaines corps "peigne, règle, stylo,  ....", lorsqu’on les frotte, sont susceptibles de provoquer des phénomènes surprenants : ils deviennent capable d'attirer des petits corps légers on dit qu'ils sont électrisés par frottement, alors que d’autres s’électrisent par contact ou par influence. La chose qui nous pousse tous à s’interroger c’est quoi tout d’abord signifie le mot électrisation et ses dérivées. Pour cela on vous propose plusieurs axes afin de comprendre mieux ce phénomène.

• Notion du champ électrostatique ;
• Champ électrique-force électrique ;
• Champ électrostatique uniforme ;
• Exemples de champs électrostatiques ;
• Les notions et les formules à retenir.

 

Notion du champ électrostatique

Expérience

En électrisant la boule d’un pendule électrostatique à l’aide d’un bâton d’ébonite électrisé par frottement puis en lui approchant un bâton de verre chargé positivement par frottement, on constate que le pendule s’incline et la boule prend une position après avoir être attirée vers le bâton.

 

• On note α l’angle entre le fil incliné et la verticale.

Interprétation

Dans la 1 ère position d’équilibre, le pendule est vertical, la boule se trouve seulement dans le champ de pesanteur :

Dans la 2ème position d’équilibre, le pendule est incliné, la boule se trouve en plus du champ de pesanteur dans un autre champ appelée: le champ électrostatique dans lequel les charges positives du bâton appliquent une force appelée : force électrostatique sur les charges négatives de la boule du pendule.

 Dans ce dernier cas la condition d’équilibre s’écrit:

Donc le polygone des trois forces est fermé.

Conclusion

Dans une région de l’espace la charge électrique crée autour d’elle un champ électrique et tout corps chargé qui se trouve en un point de ce champ, est soumis à une force électrique.

Énoncé de la loi de Coulomb

Et s’exprime par la formule mathématique suivante :

 

• ԑ₀ : la permittivité de vide, sa valeur =
• F1/2 : intensité de la force exercée de la charge 1 sur la charge 2 (N); r : distance (m);
• F2/1 : intensité de la force exercée de la charge 2 sur la charge 1 (N) ; Q et q : charges (C)

Validité de la loi de Coulomb

La loi de Coulomb est valable pour des charges au repos ou à la limite en mouvement relatif lent. Elle est aussi valable dans le vide.

Champ électrique-force électrique

Champ électrique

La charge Q est fixée au centre O de notre système d’étude. Elle est considérée comme immobile, et est la « charge source ». L’autre charge q est notre « charge témoin » et est placée en un point M quelconque de l’espace.

Le lien entre la force électrostatique  subie par la charge témoin q au point M et le champ électrostatique ressenti en ce lieu, noté , est donné par la relation :

D’une part les unités employées, un champ électrostatique est en Newton par Coulomb, noté N/C. Cependant, il est courant de l’exprimer en Volt par mètre, noté V/m. D’ailleurs, les deux unités sont équivalentes : 1N/C=1V/m.

En explicitant la force  avec la loi de Coulomb, le champ électrostatique créé par la charge ponctuelle Q est donné par :

 

   D’où :    

Où r=OM et     est un vecteur unitaire, partant de O et dirigé vers le point M. Le champ électrostatique ne dépend pas de la charge témoin q, c'est-à-dire celle qui subie le champ créé par la charge source.

 

• Si q>0, est dirigé de O vers M : le champ est centrifuge. Les lignes de champ partent de la charge + pour s’en éloigner.
• Si q<0, est dirigé de M vers O : le champ est centripète. Les lignes de champ vont vers la charge.

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