Le champ électrique







Cours de physique – niveau classe de première S – partie « Lois et modèles – Champs et forces » 

  1. Notation et unité
  2. Définition
  3. Force exercée sur une particule dans un champ électrique
  4. Lignes de champ électrique
  5. Champ électrique uniforme
  6. Champ électrique d’une charge électrique ponctuelle

Notation et unité

Le champ électrique est noté E (toujours en majuscule).

Son unité est le volt par mètre (V/m) mais il peut aussi être exprimé en une unité équivalente qui est Newton par coulomb (N/C)

Définition

Le champ électrique est défini en un point donné de l’espace comme le rapport de la force électrostatique F que subirait une hypothétique particule ponctuelle de charge q située en ce point, par la valeur la valeur de cette charge q:

E= F : q

Le sens et la direction du champ sont les mêmes que ceux d’une force exercée par une charge positive sur une autre charge positive.

Force exercée sur une particule dans un champ électrique

La définition du champ électrique implique que toute particule possédant une charge q située dans un champ électrique est soumise à une force de coulomb :

  • De valeur F = q.E
  • De même direction que le champ
  • De même sens que le champ pour une charge positive et de sens opposé pour une charge négative

Lignes de champ électrique

Elles sont tangentes au champ électrique et ont même orientation que ce dernier: des charges positives vers les charges négatives.

Champ électrique uniforme

Il est possible de produire des un champ électrique uniforme grâce un condensateur plan. Il s’agit d’un composant électrique constitué de deux plaques métalliques parallèles, appelées armatures, séparées par un isolants (air, vide, matière plastique…). L’une des armature du condensateur porte une charge positive +q tandis que l’autre porte une charge négative -q.



Le champ électrique est alors quasiment uniforme entre ces deux armatures, il leur est perpendiculaire et orientée de celle qui est chargée positionnement vers celle qui est négative.

Champ électrique d'un condensateur
Champ électrique uniforme dans un condensateur plan

Champ électrique d’une charge électrique ponctuelle

Il s’agit d’un champ électrique radial, sa direction passe toujours par un point central qui est la charge ponctuelle. Si cette dernière est négative alors il est orienté vers elles et si elle positive il pointe dans la direction opposée.

Lignes du champ électrique d'une charge positive
Lignes du champ électrique d’une charge positive

Son intensité décroît avec la distance à cette charge, plus précisément elle proportionnelle à l’inverse du carré de la distance.

En effet la loi de coulomb permet d’exprimer la force électrostatique entre deux charges ponctuelles q et q’:

F= k. qq’ / R2

Et l’intensité du champ est donné par la relation E = F/q’

On en déduit donc que le champ électrique produit par une charge ponctuelle q à une distance r a pour valeur:

E = k.q/R2


Notions de seconde à réviser


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