Calculer la force électrique
Loi de Coulomb
Plus deux charges sont proches, plus la force d’attraction/de répulsion est importante et plus rapide sera le mouvement d’éloignement ou de rapprochement. La loi de Coulomb dit que la force entre deux particules chargées électriquement est proportionnelle au produit des charges et varie en carré inverse de la distance entre les charges:
En bon français: Si on a deux charges électriques Q1 et Q2 (exprimées en Coulombs), la force électrique qu’exercent ces charges l’une sur l’autre est égale à Q1 ⋅ Q2, que l’on divise par la distance au carré (en mètres).
Le tout est multiplié par une constante — la constante de Coulomb: 9 ⋅ 109.
Exemple
Soit Q1 = 2 µC et Q2 = -5 µC, séparées de 20 cm. Quelle est la force d’attraction de ces charges?
Q1 = 2 ⋅ 10-6 C Q2 = -5 ⋅ 10-6 C d = 0,2 m F = Q1 ⋅ Q2 / d² ⋅ c = 2⋅10-6 ⋅ 5⋅10-6 / 0,2² ⋅ 9⋅109 = 2,25 N
On remarque que même avec de toutes petites charges électriques, on obtient une force relativement élevée.
Deux charges d’un coulomb chacune et séparées d’un mètre dans le vide exercent l’une sur l’autre une force d’environ 9 ⋅ 109 N, soit approximativement le poids terrestre d’un objet de 900 000 000 kg.
Champ électrique
On appelle champ électrique la force que ressentirait une autre charge électrique à proximité d’un charge de référence.
Si on a la valeur du champ électrique en un point, alors on peut calculer la force que subirait une charge électrique en ce point.
Le champ électrique est exprimé en newton par coulomb (N/C).
Exemple
On a une charge électrique de 2 Coulombs dans un champ électrique de 3 Newton par Coulomb.
Combien de force subit cette charge?
F = 2 C ⋅ 3 N/C
= 6 N
Potentiel électrique
En tout point d’un champ électrique, le potentiel électrique est la quantité d’énergie potentielle électrique (en joules) divisée par la quantité de charge à ce point (en Coulombs). Cela nous donne une idée de la quantité d’énergie potentielle que des zones spécifiques du champ électrique peuvent fournir.
Le potentiel électrique est exprimé en joules par coulomb (J/C) ou Volt (V). 1 J/C = 1 V.