Interaction électrique
Rappels
* Un corps s’électrise par frottement, par contact, ou par influence.
* Un corps électrisé porte une charge électrique (q), dont l’unité dans
le S.I est le Coulomb (C).
Elle peut être positive ou négative.
• Une charge négative est un excès d’électrons.
• Une charge positive est un défaut d’électrons.
• Toute charge est nécessairement un multiple entier de la charge
élémentaire e = 1,6 . 10-19 C .
* il y a toujours interaction entre deux charges voisines :
- Deux charges de même signe se repoussent
* il y a toujours interaction entre deux charges voisines :
- Deux charges de même signe se repoussent
- Deux charges de signe opposé s’attirent
* Cette interaction se fait par des forces à distance, appelées forces
électriques ou électrostatiques ou forces de Coulomb.
• 3ème loi de Newton :
• Si un corps A exerce une action ( FA/B ) sur un corps B ; ce dernier fait
une réaction ( FB/A ) sur A, telle que FB/A = - FA/B .
• FA/B et FB/A sont les éléments de l’interaction entre A et B.
• Un solide soumis à trois forces F1, F2 et F3 est en équilibre dans un
repère donné si F1 + F2 + F3 = 0
I- Loi de coulomb:
I- Loi de coulomb:
1- Interaction électrique:
Rien ne se passe puisque
les deux boules sont
neutres
qB=0
qA=0
Les deux boules sont charges de
même signe.
On a une répulsion.
FA/B
FB/A
qA et qB sont positives
qA et qB sont négatives
Les deux boules sont charges de
même signe.
On a une répulsion.
FA/B
FB/A
qA et qB sont positives
qA et qB sont négatives
2) Enoncé de la loi de Coulomb
Entre deux objets ponctuels A et B, immobiles, portant respectivement
les charges électriques q A et q B , s’établit une interaction électrique.
Les éléments de l’interaction sont :
FA/B : Force exercée par qA sur qB
FB/A : Force exercée par qB sur qA.
2) Enoncé de la loi de Coulomb
Entre deux objets ponctuels A et B, immobiles, portant
respectivement les charges électriques qA et qB , s’établit une
interaction électrique.
Les éléments de l’interaction sont :
Ex 3 page 23
FA/B : Force exercée par qA sur qB
FB/A : Force exercée par qB sur qA.
elles sont portées par la droite (AB) et ont la même valeur
où K est une constante dont la valeur
ne dépend que de la nature du milieu
dans lequel se trouvent les charges ;
K = 9 . 109 S.I dans le vide ou dans l’air
• 3 . Expression vectorielle de la loi de Coulomb
Application-1
Toutes les charges électriques sont placées dans l'air où K = 9.10 9 S.I. On donne
e = 1,6.10 -19 C
Deux boules ponctuelles portant des charges qA = -3 μC et qB = 3 μC sont fixées
respectivement en A et en B comme le montre la figure ci-dessous.
1. La charge qA a été créée par perte ou par gain d'électrons ?
Calculer le nombre d'électrons perdus ou gagnés.
2. La charge qB a été créée par perte ou par gain d'électrons ?
Donner le nombre d'électrons perdus ou gagnés.
• 3. Représenter les deux éléments de l’interaction électrostatique
entre les deux charges.
• 4. Sachant que ces deux charges interagissent par des forces
d'intensité 8,1 N ;
• a) Donner l’expression vectorielle de chaque force.
• b) Calculer, en cm, la valeur de la distance d = AB.
II- Notion de champ électrique
1- Mise en évidence:
On frotte un bâton électrisé exercée une force électrostatique
Les morceau de papier.
Il a modifier les propriétés électrique à son voisinage en créant un champ
électrique noté E
2- Définition:
Un champ électrique est une région de l'espace où une charge électrique
est soumise à une force électrique.
3- Vecteur champ électrique:
Dans une région ou régné un champ électrique E, un corps chargé q est
soumis à une force électrique F=q.E
Alors E = F/q
3- Vecteur champ électrique:
Dans une région ou régné un champ électrique E, un corps chargé q est
soumis à une force électrique F=q.E
Alors E = F/q
Caractéristiques du vecteur champ électrique:
Direction:…..
Sens: si q>0 …………………..
si q<0 …………………….
Valeur:
Unité:
Un point M du champ électrique est caractérisé par le vecteur champ
électrique E ( M ) tel que :
une charge ponctuelle q placée en ce point , subit l’action d’une force
électrique F = q . E ( M ).
- si q est positive, F a le même sens que E
- si q est négative, F a le sens contraire de celui de E
a
avec u vecteur unitaire de même direction
que AM
- Définition: ligne de champ
- On appelle ligne de champ une ligne qui, en chacun de ses points, est
tangente au vecteur champ électrique E en ce point.
- Définition: ligne de champ
- On appelle ligne de champ une ligne qui,
en chacun de ses points, est tangente
au vecteur champ électrique E en ce point.
L’ensemble des lignes de champ forme le spectre électrique.
4- Vecteur Champ électrique crée par une charge ponctuelle:
On réalise l’expérience de
la figure suivante:
4- Vecteur Champ électrique crée par une charge ponctuelle:
On réalise l’expérience de la
figure suivante:
Les grains se disposent selon des
lignes radiales : lignes de champ
Si q>0: E est centrifuge
Si q<0: E est centripète.
5- Champ électrique créé par deux charges ponctuelles
5- Champ électrique créé par deux charges
Une charge q placée en un point M où on a les champs électriques de deux charges
Q1 et Q2, subit simultanément les forces électriques F1 = q . E1 (M) et F2 = q . E2 (M)
dont la résultante est
F = F1 + F2 = q . E1 (M) + q . E2 (M) = q . (E1 (M) + E2 (M))
• F = q . E (M), avec E (M) = E1 (M) + E2 (M) :
vecteur champ électrique résultant ;
D’ou le spectre de ce champ.
Les graines de ricin; lorsqu’on les place dans un champ électrique E, chacune
d’elles acquiert à ses extrémités deux charges q = + q et q’ = – q.
L’action de ce champ électrique sur ces charges se traduit par deux forces
électriques F et F’ constituant un couple de forces.
Sous l’effet de ce couple, l’axe du grain s’aligne dans la direction de E
L’ensemble des grains forment des lignes radiales.
Le vecteur champ électrique est tangent à ces lignes en chacun de leurs points.
On les appelle des lignes de champ.
5) Champ électrique uniforme (Fig-7)
La matérialisation du spectre du champ électrique créé entre 2 plaques en regard,
l’une chargée positivement et l’autre négativement, montre qu’il a la même direction
en tout point. Il a aussi le même sens, et on montre qu’il a la même valeur en tout
point : il est uniforme ( E constant).
DÉFINITION
Dans un espace règne un champ électrique uniforme si, en tout point de cet espace, le
vecteur champ électrique est constant
• EXERCICE 1:page 18
• On considère une région de l’espace où règne un champ électrique créé par deux
charges ponctuelles q1 = – 3 μ C et q2 = 1 μ C, placées respectivement aux
sommets A et C d’un triangle ABC, rectangle en C.
• On donne : AB = 10 cm, BC = 5 cm et
• K= 9.10 9 SI
• 1 - Représenter, à l’échelle, les vecteurs E1
et E 2 associés aux champs électriques créés
respectivement par q1 et q2 au point B
après avoir déterminé leurs valeurs.
• 2 - Déterminer les caractéristiques du vecteur champ électrique E résultant en B.
EXERCICE 2: page 20
Une sphère ( S ) assimilable à un corps ponctuel est attachée à un fil de longueur l
inextensible et de masse négligeable
La sphère de masse m porte une charge q négative.
L’ensemble { fil , ( S ) } constitue un pendule électrique.
Placé dans une région ou régné un champ électrique uniforme E
horizontal, le fil occupe une position d’équilibre inclinée d’un
angle α par rapport à la verticale et la sphère occupe la position O
origine du repère d’espace ( O, i, j )
1 - a - Préciser toutes les forces qui s’exercent sur ( S ) et représenter
Verticale les vecteurs force associés à partir de l’origine O.
- b - Déterminer le sens du vecteur champ électrique uniforme E. Doc.18
2 - a - Appliquer la condition d’équilibre au système { ( S ) } et écrire la relation
entre les vecteurs force.
Effectuer les projections de cette relation sur les axes ( O, i ) et ( O, j ).
- b - En déduire l’expression littérale de IIEII puis celle de la tension T du fil.
Puis les Calculer
Données : m = 2,5 g; q = - 0,5 μC; α = 10 ° et g= 9,8 N.kg -1.
Application-3
On donne K = 9.10 9 S.I dans le vide ; e = 1,6.10-19 C
Dans une molécule de chlorure d'hydrogène HCl, l'atome d'hydrogène et l'atome
de chlore sont liés par une liaison covalente dissymétrique du fait que le chlore
est plus électronégatif que l'hydrogène ; l’électron unique de l'atome
d'hydrogène est plus proche de l'atome de chlore : en conséquence, l'atome de
chlore possède une
fraction de charge négative -, et l'atome d'hydrogène possède une fraction de
charge positive + :
1. Sachant que l'atome de chlore ne s'empare de l'électron de l'atome
d'hydrogène qu'à 17,3 % :
calculer les valeurs des charges QH et QCl portées respectivement par les atomes
d'hydrogène et de chlore dans la molécule.
2. On assimile les atomes d'hydrogène et de chlore à des charges ponctuelles; les
mesures ont montré que la distance qui les sépare est 2 r = 1,27 Å :
