Interaction électrique Remarques :

Interaction électrique
I/ Étude qualitative d’une interaction électrique
Soient A et B deux boules en liège ( de faible masse )chaque boules est suspendue à l’extrémité
d’un fil qui doit être isolant ( voir figure ci-contre )
AB
A
B
On électrise ces deux boules et donc elles deviennent porteuses de charges électriques
1er cas : Si qA.qB > 0 ( les deux charges possèdes alors le même type d’électricité ) :
On aura une répulsion entre les deux boules
Soient FA/B et FB/A les éléments de cette interaction
FA/B
FB/A
2éme cas : Si qA.qB < 0 ( les deux charges possèdes alors deux types d’électricités différentes ) :
On aura une attraction entre les deux boules
Soient FA/B et FB/A les éléments de cet interaction
FA/B FB/A
Remarques :
Pour les deux cas ci-dessus les deux éléments d’interactions sont :
 Directement opposés ( opposés et sur la même droite d’action )
 Possèdes une valeur de force commune ||FA/B ||= ||FB/A ||
II/ La loi de Coulomb
Énoncé de la loi de Coulomb
Entre deux objets ponctuels (A) et (B ), immobiles, portant respectivement les charges électriques qA et qB et placées
respectivement en A et B , s’établit une force répulsive si les deux charges sont de même nature et une force attractive
si les deux charges sont de signes contraires.
Les éléments de l’interaction sont :
FA/B force exercée par la charge qA sur la charge qB
FB/A force exercée par la charge qB sur la charge qA
Leur valeur commune est donnée par la formule de Coulomb :
AB : la distance entre les deux boules ( m )
𝟏
K : constante universelle K = 𝟒𝝅𝜺 = 9.109SI
𝟎
Application :
Deux charges ponctuelles q = 10-8 C et q’= -10 μC placées en deux points A et B distants de d= 4 cm, sont soumises
uniquement à l’effet de l’interaction électrique qui règne entre elles.
1) Calculer le module des vecteurs forces électriques s’exerçant sur chaque charge.
2) Représenter à l’échelle les éléments de l’interaction électrique.
3) De combien doit-on rapprocher les deux charges pour doubler l’intensité des forces électriques.
III/ Champ électrique
1) Mise en évidence
Experience 1 :
Experience 2 :
Pendule électrostatique
Pendule simple
Bâton en ébonite
non électrisé ( Q = 0 )
Bâton en ébonite
électrisé ( Q ≠ 0 )
La boule reste immobile
La boule est attirée vers le bâton
Interprétation :
Le pendule subit une force électrique lorsqu’il se trouve dans une région de l’espace à proximité de la
partie électrisée du bâton. Donc la présence des charges électriques à modifiée les propriétés de l’espace qui
l’entour. Cette modification est due à l’existence d’un champ électrique créé par les charges électriques
portées par le bâton.
2) Définition
Introduction : La notion de champ a été introduite par les physiciens pour tenter d'expliquer comment deux
objets peuvent interagir à distance, sans que rien ne les relie. A la fois la loi de la gravitation universelle de
Newton et la loi de Coulomb en électrostatique, impliquent une telle interaction à distance. Il n'y a pas de fil qui
relie la terre au soleil; celui-ci exerce son attraction à distance. De même, deux charges électriques s'attirent ou
se repoussent dans le vide sans que rien ne les relie, sans aucun support matériel. Pour tenter d'expliquer cela,
Michael Faraday a introduit la notion de champ électrique. Si une charge Q1 a un effet à distance sur une charge
Q2 qui se trouve éloignée, c'est parce que la charge Q1 met tout l'espace qui l'entoure dans un état particulier : la
charge Q1, de par sa présence, produit en tout point de l'espace qui l'entoure, un champ électrique et c'est
l'interaction de ce champ électrique avec la charge Q2 qui produit la force que cette dernière ressent. Cette
notion de champ s'est révélée très utile et très pratique. Elle a pu être utilisée pour décrire d'autres forces
fondamentales que la force électrique et elle permet de décrire les phénomènes de manière élégante.
Définition
Pour définir le champ électrique en un point M de l'espace, on
y place une petite charge d'essai positive q et on regarde la
force de Coulomb F qui s'exerce sur elle, due à la présence des
charges électriques environnantes qui créent le champ
électrique. Le champ électrique en ce point est défini comme
𝑭
la force par unité de charge : E = 𝒒
Remarque : vecteur champ électrique E =
𝑭
𝒒
( puisque q est une constante on a E et F de même direction )
1ér cas : Si q > 0 on a E et F de même sens
2éme cas : Si q < 0 on a E et F de sens contraire
M (q > 𝟎 )
F
M ( q< 0 )
F
E
E
3) Champ électrique créé par une charge ponctuelle
Dans un liquide isolant (huile de paraffine ou autre) contenu dans un petit cristallisoir, on plonge l’extrémité d’une
tige conductrice reliée à l’un des pôles d’une machine électrostatique.
Saupoudrons avec des grains légers (graines de ricin ou grain de semoule par exemple) la surface libre du liquide et
faisons fonctionner la machine.
1ér cas : Si q > 0
2éme cas : Si q < 0
Les lignes de champ
EM
M
N
EM
M
P
q>0
P’
R
q<0
R’
E est toujours dirigé vers l’extérieur
On dit alors que le champ centrifuge

N’
E est toujours dirigé vers l’intérieur
On dit alors que le champ centripète
Propriétés
Ces corps sont électrisés
Par influence
+q
>
Le vecteur champ électrique E est toujours
Le vecteur champ électrique E est dans ce cas
tangent à la ligne du champ
dirigé de la charge + ( + q )à la charge – ( du corps électrisé)
Remarque
 EM est le vecteur champ électrique créé par la charge q au point M
 Les points N, P et R sont équipotentielles c'est-à-dire possède la même
valeur du champ électrique ( de même pour les points N’, P’ et R’ )
 L’ensemble des lignes du champ forment le spectre du champ électrique
𝑭
𝒒
 La valeur du champ électrique créé au point M est EM = donc
EM =
𝑲| 𝒒𝑴 |
𝒓𝟐
( r est la distance entre la charge q et le point M )
4) Champ électrique créé par deux charges ponctuelles
1er cas : si les deux charges sont positives
Spectre du champ
Représentation vectorielle
EM + E’M = E
2éme cas : si les deux charges sont de signe contraire
Spectre du champ
Représentation vectorielle
EM + E’M = E
Exercice
5) Champ électrique créé entre deux plaques conductrices
E
Les lignes du champ
sont des droites parallèles entre eux
Conclusion : entre les deux plaques on a un champ électrique uniforme c'est-à-dire que le vecteur
champ électrique E garde les mêmes caractéristiques en tout point du champ