Objectifs

• Comprendre ce qu’est une charge électrique et ses unités (Coulomb).
• Connaître la notion d’interaction électrostatique: attraction et répulsion entre charges.
• Introduire le concept de champ électrique et les lois qui le régissent.

Notions clés

• Charge électrique: propriété physique des objets qui peut être positive ou négative; unité: Coulomb (C).
• Charges élémentaires: au repos, les charges peuvent s’attirer ou se repousser selon leur signe (− et +).
• Conducteurs vs isolants: répartition des charges dépend du matériau.
• Force électrique: F = k · |q1 q2| / r^2 (loi de Coulomb).
• Constante k = 8,99 × 10^9 N·m^2/C^2.
• Champ électrique E: E = F/q; ou E = k · q / r^2.
• Direction du champ: repère radial depuis une charge positive; vers une charge négative.

Lois et grandeurs associées

La force électrostatique entre deux charges q1 et q2 séparées par une distance r est donnée par:

F = k · |q1 q2| / r^2, avec k ≈ 8,99 × 10^9 N·m^2/C^2.

Le champ électrique dû à une charge q à distance r est:

E = k · q / r^2 (dans la direction radiale). Pour une charge positive, E sort de la charge; pour une charge négative, E va vers la charge.

Induction et interactions

Les charges opposées s’attirent et les charges de même signe se repoussent. Ces interactions déterminent l’équilibre des charges sur les objets et les phénomènes simples que l’on peut observer (attrait, répulsion).

Applications simples et exemples

• À proximité de deux charges opposées, une force attractive apparaît.
• Entre charges identiques, la force est répulsive.
• Calcul du champ créé par une charge ponctuelle et du champ total dû à plusieurs charges (principe de superposition).

Activités et exercices

1. Calculer la force entre q1 = +2 μC et q2 = -3 μC séparées de r = 0,50 m.
2. Déterminer le champ électrique à une distance r = 0,02 m d’une charge q = +5 μC et son sens.

Vocabulaire

Charge électrique

Propriété qui peut être positive ou négative et qui produit des forces et des champs.

Champ électrique

Effet local créé par une charge ou un ensemble de charges, mesuré par E.

Interaction électrostatique

Interaction entre charges au repos qui peut être attractive ou répulsive.

Synthèse

La charge électrique est la source des interactions électrostatiques. Le modèle simple s’appuie sur la force de Coulomb et le champ électrique. Comprendre ces notions permet d’expliquer des phénomènes quotidiens et de préparer l’étude des circuits électriques simples et des phénomènes chimiques impliquant des charges.