Activité 2 - Comment a été définie la notion de - Physique

Thème 2 : Comprendre Chapitre 6
Activité 2 - Comment a été définie la notion de champ électrique
À la fin du XVIIIème siècle, la mécanique constitue un ensemble théorique bien élaboré. Au XIXème siècle, le
concept de force utilisé en mécanique est appliqué à l'étude des phénomènes électrostatiques et magnétiques. À ce
concept est bientôt adjointe la notion de champ. Le concept de champ avait déjà été utilisé par le suisse Leonhard Euler au
milieu du XVIIIème siècle. Dans ses travaux d'hydrodynamique, il attribue une vitesse en chaque point d'un fluide en
mouvement et définit ainsi un champ vectoriel de vitesse.
Vers 1835, l'anglais Michael Faraday utilise à son tour le concept de champ pour décrire les phénomènes de
répulsion et d'attraction électrostatique étudiés par le français Coulomb. Une charge électrique appelée charge-source S,
de valeur qS, est placée en un point fixe. La force électrostatique subie par une charge test dépend de sa position. Comme
l'avait fait Euler avec le vecteur vitesse d'écoulement, Faraday dresse une carte des vecteurs force subie par une charge
test en tout point autour de S. Il définit les lignes de champ de force comme des lignes continues en tout point tangentes
aux vecteurs force. L'inconvénient reste que ce champ de force dépend de la valeur q de la charge test choisie. Pour
évacuer ce problème, le champ électrostatique 𝐸
⃗
est ensuite défini comme le rapport du vecteur force par la charge test,
𝐸
⃗
=𝐹
𝑞. Ce champ électrostatique ne dépend plus que de la charge source et du point de l'espace considéré. Il permet de
décrire les effets de la charge source sur l'espace qui l'entoure.
Cette représentation des actions électriques mais aussi des actions magnétiques par des "lignes de force" reliant
les particules de matière est centrale dans les travaux de Faraday. Dans les années 1840, il fait l'hypothèse dans un court
article que la propagation de la lumière pourrait être le résultat d'une vibration transversale des "lignes de force qui relient
entre elles les particules [...] de matière". Plus tard, dans la deuxième partie du XIXème siècle, James Clerk Maxwell
élaborera sa théorie l'électromagnétisme en utilisant les notions de champ électrique et de champ magnétique et proposera
une description de la lumière comme une onde électromagnétique.
Adapté du document "l'histoire d'un champ" p 203 - livre de 1ère S - éditions Hachette et de l'article du site Ampère-
CNRS sur l'histoire de l'électromagnétisme intitulé "Michael Faraday (1791-1867) : un savant exemplaire"
(http://www.ampere.cnrs.fr/parcourspedagogique/zoom/faraday/biofaraday/index.php)
Questions
1. Quels sont les champs évoqués dans ce texte ?
Les champs évoqués sont :
 le champ des vitesses dans un fluide
 le champ des forces électriques qu'établit Faraday
 le champ électrique
2. Donner la valeur de la force électrostatique s'exerçant entre deux charges q et qs séparées d'une distance d.
F = |𝑞×𝑞𝑠|
𝑑2× 𝑘
où k est une constante qui vaut 9,0 × 109 N.m2.C-2
3. Faire un schéma représentant une charge source, plusieurs charges tests et les forces exercées par la charge
source sur chaque charge test.
(Voir début de page suivante)
4. Sur ce schéma, tracer les "lignes de champ de forces" introduites par Faraday.
(Voir début de page suivante)

La charge source qs est ici positive. Seules 4 lignes de forces sont tracées, mais il en existe une infinité, toutes dirigées
radialement autour de la charge source.
5. À partir du texte et de votre réponse à la question 1, donner l'expression littérale de la valeur du champ
électrostatique (ou champ électrique) créé par une charge source en un point situé à une distance d de cette
charge.
Pour une charge source positive, si on se place en un point M,
o le champ créé en ce point est dans une direction qui passe par la source et M.
o le sens de ce champ est orienté de la charge positive vers M.
o l'intensité du champ vaut E = |𝑞𝑠|
𝑑2× 𝑘 où où k est une constante qui vaut 9,0 × 109
N.m2.C-2 et d la distance entre M et la charge.
Pour une charge source négative, si on se place en un point M
o le champ créé en ce point est dans une direction qui passe par la source et M.
o le sens de ce champ est orienté de M vers la charge négative.
o l'intensité du champ vaut E = |𝑞𝑠|
𝑑2× 𝑘 où où k est une constante qui vaut 9,0 × 109
N.m2.C-2 et d la distance entre M et la charge.
6. Représenter les lignes de champ pour le champ électrique créé par une charge positive. Puis faire un autre
schéma et représenter les lignes de champ pour le champ électrique créé par une charge négative.