Le champ électrostatique

Introduction

Le champ électrostatique est un champ de forces créé par des charges électriques stationnaires (immobiles). Il permet de décrire comment une charge électrique influence l'espace qui l'entoure.

Les charges électriques

• Charge positive : notez-la souvent par +q
• Charge négative : notez-la souvent par -q

Principe du champ électrostatique

Une charge électrique crée dans l'espace un champ électrique. Si une autre charge électrique s’y trouve, elle subit une force appelée force électrique ou force de Coulomb.

La force de Coulomb

La force électrique entre deux charges est donnée par la loi de Coulomb :

• F = k × |q₁ × q₂| / r²

où :

• F est la force en newtons (N)
• k est la constante de Coulomb (environ 9 × 10⁹ N·m²/kg²)
• q₁ et q₂ sont les charges en coulombs (C)
• r est la distance entre les deux charges en mètres (m)

Le signe de la force indique la nature de l’interaction :

• Force attractive si les charges sont de signes opposés
• Force répulsive si les charges sont de même signe

Le vecteur champ électrique (E)

Le champ électrique en un point est un vecteur qui indique la direction et la grandeur de la force subie par une charge positive placée à cet endroit.

Il est défini par la formule :

• **E = F / q**

où :

• E est le champ électrique (en newtons par coulomb, N/C ou V/m)
• F est la force subie par la charge
• q est la charge de la charge test placée dans le champ

Le vecteur E a la même direction que la force F si la charge test est positive.

Caractéristiques du champ électrique

• Il dépend de la position dans l’espace
• Il est plus fort près de la charge source
• Il est représenté par des lignes de champ : elles sortent des charges positives et entrent dans les charges négatives

Exemple simple

Supposons une charge positive q = +2 μC (microcoulombs) située à un point. À 3 mètres de cette charge, quelle est la norme du champ électrique créé ?

Réponse :

• E = k × |q| / r² = 9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁶ / 3² = 9 × 10⁹ × 2 × 10⁻⁶ / 9 = 2 × 10³ N/C

Le champ électrique à 3 mètres est de 2000 N/C dans la direction où pointe la charge (sortant si la charge est positive).

Résumé

Le champ électrostatique permet de décrire les effets d’une charge électrique dans l’espace. Il est caractérisé par sa direction, sa sensibilité à la distance, et il agit sur d’autres charges placées à proximité.